電網有源濾波器結構及其應用

隨著電力電子技術的迅猛發展和成熟，電力系統中的大型功率電子裝置日益增多，在提高工業自動化水平和效益的同時，由于是各種使用傳統相控整流技術的大容量非線性負荷，在運行過程中所產生的高諧波和低功率因數的運行狀態，嚴重危害著電力系統的安全和電網供電質量。

　　傳統的諧波抑制和無功補償的方法是將電力無源濾波器與需補償的非線性負載并聯,為諧波提供一個低阻通路的同時也提供負載所需的無功功率。無源濾波器（PF）具有結構簡單，使用方便，技術成熟以及成本低等優點。同時，它的缺點也很明顯[1]: 1）它的補償特性受電網及負載影響較大，其濾波效果依賴于電網和負載的參數，濾波特性較差；2）給電網帶來一定隱患，可能發生電網與濾波器間的串、并聯諧振；3）只能補償固定的無功功率,對變化的無功功率不能進行的補償，不能對諧波和無功實現動態補償；4）所需儲能元件的體積大。有源濾波器（APF, AcTIve Power Filter）則有效的解決了無源濾波器的缺點。有源濾波器的補償特性受電網及負載影響很小，不但避免了與電網發生串、并聯諧振的危險，同時還可抑制串并聯諧振的發生；實現了動態補償，可以對頻率和大小都變化的諧波以及變化的無功功率進行迅速的動態跟蹤補償；可以同時對諧波和無功進行補償，且補償無功的大小可做到連續調節，既可對一個諧波和無功源單獨補償，也可對多個諧波和無功源進行綜合補償；有源濾波器補償無功功率時不需儲能元件，補償諧波時所需儲能元件容量不大。

　　本文在介紹有源濾波器的基本原理和結構特點的基礎上，介紹了有源濾波器拓撲結構的發展現狀及其運用，zui后展望了有源濾波器的發展前景。

　　2 有源濾波器的原理及其結構

　　有源濾波器是由一組開關器件和無源儲能元件如電感和電容組成，其系統主要由指令電流運算電路和補償電流發生電路兩大部分組成。有源濾波器結構如圖1。設負載電流 的高次諧波含量為 。它的基本工作原理是：檢測補償對象的電流（或電壓），經過指令運算電路得到補償電流的指令信號。該信號經控制器由補償電流發生電路獲得，補償電流 與負載中的諧波電流 抵消，使電網的電流恢復為純正弦波形；同時，有源濾波器發出基波無功電流，進行無功補償。

 

3 有源濾波器的拓撲結構及其應用

根據電力有源濾波器接入電網的方式，可將其系統構成分為三大類，即并聯型[2-4]，串聯型[5,6]和混合型。

3.1 并聯型有源濾波器

一般情況下，并聯型有源濾波器有三種使用方式，單獨使用方式、與PF混合使用方式以及注入電流方式。