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                            有源濾波器的拓撲結構分析與比較

                            2021-03-29

                            近年來 ,各種基 于電力 電子技術 的非線性裝置在 電力系統中 的應用 日 益廣 泛,使得諧波 危害 日益嚴重 。為了保證電力系統 的安全經濟運行 ,必須 對 諧波污 染進 行治理,以改善電能質量[11。 就當前的工業現實而言,抑制諧波 的基 本手 段是裝設各類濾波補償 裝 置,如無源濾波器和有源濾波 器。無源濾波 器的結構簡單,經濟性好 ,但 易 受 電網阻抗和運行狀態 影響而 與系統發 生諧振 ,且僅能補償固定頻率 的諧 波 。而有源濾波器(Active Power Filter,APF)$0可以解 決這些 問題,并且可以 自動跟蹤補償變化的諧波,具有高度可控性,因而具有極高的發展前景 1。 本文結合近些年國 內外有源濾波器的研究情況 ,重點對其拓 撲結構進 行總結和分析 。在此基礎上對其發展前景進 行了展望 。 1 APF的拓撲結構和原理 根據接入 電網方式分類的各種交流有源 濾波器 如圖 1所示 。 并聯型表現 出電流源特 性,向 電網注入補 償電流 ,抵 消諧波源產 生的 電流諧波 ,使 電源 電流成為正弦波 。主要用于補償 電流型諧波源,如直流側 為 阻感負載 的整流 電路 ,也可 以補償三相不對稱 電流和供 電點 電壓波 動目。 其 主要缺 點是:交流 電源 的基波 電壓直接(或經變壓器1施加 到逆變 器上,補 償 電流基本 由逆變器提供 ,因此對逆變器的容量要求較 高。 (a)并聯 (b)串聯 (c)并聯混合 (d)串聯 混合 (e)串并聯混合 ∞UPFC 圖l按接入電網方式分類的交流有源濾波器 FigureI AC active iflter classified by modes of switching in power network 串聯型有源濾波器作為受控 電壓源輸 出補 償電壓,用來補償 電壓型諧 波 源(如 電容濾 波型整流 電路)或 抑制電源 電壓 畸變 ,使供 電點電壓變為理 想正弦 工頻電壓 。其缺 點主要有 : (1)輸出電壓等于電網諧波電流乘 以系數 K。較大 的 K值會提高補償 性能但卻要求更 大的容量,且可能 引起系統不穩 定,因而 K值 一般只 能取 2-8。 (2)為使有源濾波器的輸 出頻帶較寬 ,要求開 關器 件工作在較高 的開 關頻率下,增 大了開 關損耗 并產生較嚴重 的電磁干擾。 (3)耦合變壓器對各次諧波應有較高 的線性度 ,增大 了變 壓器設 計的 難度 。 為了兼顧經 濟成本和濾波效果 ,各種混合 型有 源濾 波器應運而生 。其 主要思路是:用無源 濾波器濾除諧 波源 中的主 要諧 波 ,用有源濾 波器提高 總體補償效果。 并聯混合型有 兩種形式:其一是用 APF濾 除低 次諧波,將無源濾 波器 選為 高通濾 波器 來補償較高次諧波 ,從而使 APF主電路中的器件 開關頻 率 降低 。由于無源 濾波器 只補償 了少部分諧波 ,所 以其對降低 APF容量 的 作用 并不 明顯 。

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