有源电力滤波器的研究热点和发展

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1、1引言　　近年来，随着电力电子技术的广泛应用，电能得到了更加充分的利用。但电力电子装置自身所具有的非线性也使得电网的电压和电流发生畸变，这些高度非线性设备数量和额定容量的日益增大使得电力系统谐波污染问题日益严重，已成为了影响电能质量的公害，对电力系统的安全、经济运行造成极大的影响;而另一方面供电方及其电力系统设备、用户及其用电器对电能质量的要求越来越高，这一矛盾使得人们对谐波污染问题越来越重视。据《中国电力》报道，我国仅由电能质量问题造成的年电能损失就高达400多亿元，冶金、铁路、矿山等企业的谐波严重超标，因谐波问题导致的开关跳闸、大面积停电甚至电力系统解列等事故也屡见不鲜，

2、因此对电力系统的谐波污染进行综合治理已成为摆在科技工作者面前的一个具有重要现实意义的研究课题。而有源电力滤波器(activepowerfilter-apf)由于具有高度可控性和快速响应性，能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，因而受到广泛的重视，成为目前国内外供电系统谐波抑制研究的热点。　　2谐波治理的措施　　目前，在电力系统中抑制或减少谐波主要从两个方面进行：第一方面是从产生谐波的谐波源装置本身入手。在这些装置设计时就考虑减小谐波的方法，增加谐波抑制环节，已减少电网的谐波注入量，在谐波源本身采取一些措施能大大减小电网谐波。但由于现代电力系统的复杂性以及电力半导体装置开关工

3、作方式，不可能完全消除电网谐波。所以，谐波治理的第二个重要方面就是研究对系统中的谐波进行有效滤波和补偿的方法和措施。下面分别简要介绍这两方面工作的现状和发展。　　2.1治理谐波源　　我国在有源电力滤波器的应用研究方面，继日本、美国、德国等之后，得到学术界和企业界的充分重视，并投入了大量的人力和物力，但和电子工业发达的国家相比有一定的差距。到目前为止，我国也有几台类似产品投入工业试运行，如华北电力试验研究所、冶金部自动化研究院和北京供电公司联合开发、研究的有源高次谐波抑制装置于1992年在北京木材厂中心变电站投入工业运行，该装置采用了三个单相全控桥逆变器(功率开关为gtr)，用

4、于低压电网单个谐波源的谐波补偿，该套装置容量不是很大，且补偿效果主要体现在几个特定次数的谐波(5、7、11、13次)上，同时调制载波的频率(3.3khz)不太高，谐波跟踪、补偿效果并不是十分理想;华南理工大学研制了混合型有源电力滤波器用于牵引变电站的谐波治理，该装置在减小滤波器有源部分容量和技术实现上做了大量的工作，也取得了相当的成果，但依然有一些技术需进一步研究并加以完善和改进，如其滤波效果和隔离基波电压的无源网络阻抗在设计上存在一定困难，无源网络的阻抗大，则有源部分的容量小但系统滤波效果将降低，无源网络的阻抗小，则滤波效果好但有源部分的容量也将随之增大;西安交通大学提出了

5、四重化变流器作为大容量有源电力滤波器主电路的方法，该方法有效地解决了大容量和开关频率的矛盾，但相对而言成本较高，在一些具体实现技术上也尚在进一步研究之中。　　总的来讲，目前我国有源电力滤波技术的工业应用，仍处于试验和攻坚阶段，特别是在既治理谐波又补偿无功功率的hapf系统方面，还有许多基础理论与技术有待于深入研究。　　apf在工程应用中，首先需要考虑的是成本和技术上的可行性，这主要由补偿电流发生电路中的功率开关器件可选型号和价格来决定。所以，围绕apf如何适应大容量、高电压、低成本和多功能的要求，人们提出了各种有源滤波器的拓扑结构来适应不同场合工程应用的需要。　　根据有源滤波

6、器和电网的连接方式，apf可以分为并联型和串联型两大类。1986年akagih.提出了并联型apf单独使用方式，它是最早期的有源滤波装置，如图1所示。图1单独使用的并联型apf　　这种方式的主电路结构简单，但由于逆变器直接承受基波电压，所以其成本高且不适合高电压系统的补偿。为降低成本、减小逆变器的容量和适应高电压的要求，人们利用pf的成本低的优点，提出了各种apf与pf混合使用方式。1987年takedam.等人提出用并联型apf和并联pf相结合的混合型apf，如图2所示。图2并联型apf+并联pf的hapf　　该方式利用无源部分滤除了大部分的谐波，所以其有源部分的谐波容量较

7、小，且pf能够提供一定的无功功率，但逆变器仍然直接承受了基波电压，所以功率开关器件的耐压等级并没有降低。1990年fujitah.等人提出将apf与pf相串联后与电网并联的混合型方案，如图3所示。图3apf与pf串联后并联接入电网的hapf　　这种方式利用无源部分承受了大部分的基波电压，所以逆变器承受的基波电压小，适合于高电压系统的应用。但由于流过无源部分的基波电流都流入逆变器，所以不能利用pf提供大容量的无功功率。利用无源元件lc的串、并联谐振特性，人们提出了注入式apf的结构。将lc对基波串联谐振电