有源电力滤波器技术与发展综述 章建明

有源电力滤波器技术与发展综述章建明

发表时间：2019-09-18T11:26:29.270Z 来源：《电力设备》2019年第8期作者：章建明

[导读] 摘要：在当前电力电子技术发展和应用的过程中，有源电力滤波器技术是一个越来越受人们关注的热点问题，该技术从很大程度上切实有效地为电力谐波治理和电能质量改善提供了十分重要的技术手段。

（浙江通源电力工程有限公司浙江绍兴 312300）

摘要：在当前电力电子技术发展和应用的过程中，有源电力滤波器技术是一个越来越受人们关注的热点问题，该技术从很大程度上切实有效地为电力谐波治理和电能质量改善提供了十分重要的技术手段。有鉴于此，本文着重对有源电力滤波器技术与发展等相关情况，特别是有关我国有源电力滤波器技术的现状、有源电力滤波器技术的应用背景以及发展方向等相关问题进行分析和论述，希望能够为相关人士提供有价值的参考。

关键词：有源电力滤波器；电能质量; 谐波治理；技术与发展

1 引言

目前，我国经济取得了十分快速的发展，人们在生产和生活中对电能的需求进一步提升，电能在工业生产和人们的日常生活中扮演着越来越重要的角色。怎样才能从根本上确保电网电能的质量，并对用电环境进行进一步的优化和完善，这是电力行业和人民群众日益关注的焦点问题。在对电能质量进行有效改善和优化的实施环节中，通过相应的研究和实践表明，“谐波治理”成为改善电能质量至关重要的手段和方法，由于传统意义上的无源滤波器技术有着很大程度的局限性，特别是随着有源电力滤波器技术的进一步完善和发展，有源电力滤波器在谐波治理过程中的作用得到进一步的提升，效果显著。据此，本文着重从有源电力滤波器技术的应用背景出发，分析和探究有源电力滤波器技术的发展和应用等相关方面的问题。

2有源电力滤波器技术概述

有源电力滤波器系统由指令电流运算电路和补偿电流发生电路两个大的部分有机构成，而补偿电流发生电路主要由三部分有机构成，这三部分分别是电流跟踪控制电路、驱动电路和主电路。指令电流运算电路的功能主要是从负载电流iL中分离出谐波电流分量iLh和基波无功电流iLg，然后将其反极性作用后发生补偿电流的指令信号ic=(iLh＋iLq)。电流跟踪控制电路的功能是根据主电路产生的补偿电流ico应跟踪ic的原则，计算出主电路各开关器件的触发脉冲，此脉冲经驱动电路后作用于主电路，产生补偿电流ico，由于ic≈ico并且方向相反,所以iS=iL＋ic=iL-ico=iL－（iLh＋iLq）=iLp即电源电流iS中只含有基波的有功分量iLp，从而达到消除谐波与进行无功补偿的目的。根据此原理，有源电力滤波器还可以结合具体情况，着重针对不对称三相电路的负序电流分量实施相对应的补偿。有源电力滤波器的主电路通常情况下是由PWM逆变器构成的。按照逆变器直流侧储能元件的不同，可以分成两种形式，分别是：电压型APF(储能元件为电容)和电流型APF(储能元件为电感)。电压型APF在具体的工作环节，要切实有效的控制好直流侧电容电压，确保直流侧电压维持不变，而逆变器交流侧输出为PWM电压波。电流型APF在具体的运行环节，要科学合理的控制好直流侧电感电流，确保直流侧电流保持在不变的状态下，而逆变器交流侧输出为PWM电流波。电压型APF有很多方面的优势，例如，它的工作效率比较高，损耗比较少，在当前世界范围内绝大多数APF 都结合自身实际情况采用这种主电路结构。有源电力滤波器是运用瞬时滤波形成技术，对包含谐波和无功分量的非正弦波进行“矫正”，这和以稳态频谱的“滤波”概念为基础的技术有巨大差异，与自适应滤波技术中的“干扰抵消器”是大体上相似的。因此有源电力滤波器所呈现出的响应速度比较快，对变化的谐波和无功功率都可以切实有效的进行动态补偿，并且其补偿特性受电网阻抗参数影响较小。 3有源电力滤波器的主要分类

(1)按电路拓扑结构进行划分，有源电力滤波器可以分成4种类型，分别是：并联型、串联型、串－并联型和混合型。

(2)按接入电源类型进行划分，可以分成：单相APF、三相三线制APF、三相四线制APF及有源线路调节器(APLC)等。 4有源电力滤波器技术应用与发展

有源电力滤波器可以在很大程度上使供电质量得到有效的改善，它是一项十分关键的技术，在国外该技术相对来说已经比较成熟，得到十分广泛的应用，并有良好的应用效果，有十分广阔的发展空间。在APF的应用和发展过程中，要着重关注以下几个方面的问题： (1)元件参数的选择

首先，要结合具体情况，选择更科学合理的开关器件。对于容量小于2MVA的APF通常情况下要结合具体情况选用IGBT，而容量大于5MVA的，要尽可能选用GTO及多重化技术；其次，为了从根本上有效降低逆变器向电网注进的开关纹波，同时又可以充分确保APF的补偿特性，电压型逆变器的输出电感及无源纹波滤波器要结合具体情况进行深入细致的分析和设计；最后，为了在最大程度上确保逆变器直流侧电压的安全性和稳定性，要尽可能合理的选择好相对应的直流侧电容值。

(2)经济合理性的的考虑

早在上世纪70年代就已经提出该APF的技术构想，一直到90年代才进行实际应用，其中一个比较重要的原因就是由于APF的成本过高，所以在进行选择和设计的过程中要着重考虑它的具体投入成本。针对当前的技术水平而言，通常情况下可以采用小额定值APF结合无源滤波器的混合型有源电力滤波器，这是一种比较理想而又可行的方案。当前，伴随开关器件和DSP芯片价格的进一步下降，串并联有源电力滤波器有着巨大的应用前景和发展空间。目前我国在该方面仍然处于研究发展阶段，随着我国对电网谐波污染治理工作越来越重视，越来越关注“绿色电力电子”的发展和应用的情况下，有源电力滤波器也会得到更广泛的应用，并呈现出更理想的应用效果。 APF具有高度可控和快速响应特性，同时在具体的应用过程中能够更及时有效的跟踪补偿各次谐波、自动产生所需变化的无功功率，且它的特性不受到外界因素的影响或者系统的干扰，无谐波放大危险，相对来说体积和重量都比较小，这些方面的突出优势使它的应用发展有更加广阔的前景，因其具有相应的优势，所以使其成为电力谐波抑制和无功补偿的重要技术手段。APF的推广应用也会在更大程度上为我国电力事业做出巨大的贡献，进一步帮助我国电力事业实现更加显著的经济效益和社会效益。

5结语

通过上面的分析和介绍，可以很明显的看出，有针对性的对于有源电力滤波器技术与发展等相关内容进行综述，是十分重要而且必要的。随着大功率开关器件得到日益广泛的应用和发展，电力系统谐波抑制及无功补偿有关方面的课题，需要尽快改变和完善，有源电力滤波技术从根本上来讲是有效处理上述问题的重要手段和方法。本文首先简要分析和探讨有源电力滤波技术的原理、分类等相关方面的问题，并对有源电力滤波技术在世界范围内的应用和发展的情况作简要分析和讨论，希望为电力事业发展作出应有的贡献。