有源滤波器技术应用

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1、有源滤波技术及应用2007-05-2916:32摘　要：随着大功率开关器件的广泛应用，电能质量问题日益严重。文中就谐波治理中的无源及有源滤波技术进行对比，简要介绍了有源滤波器的分类、工作原理以及近年来国内外有源滤波技术研究的最新成果，展望了有源滤波技术在我国的发展前景。关键词：有源滤波器；无源滤波器；电能质量；谐波ACTIVEPOWERFILTERTECHNOLOGYANDITSAPPLICATIONHuMing,ChenHeng(SoutheastUniversity,Nanjing210096,China)Abstract：Withthewideappl

2、icationofhighpowerelectronicswitchesinpowersystem,theproblemofqualityofpowersupplybecomesmoreserious.Thispapermakesacomparisonbetweenthepassivefiltersandactivepowerfilters,introducestheclassifications,operationprinciplesandnewtrendsoftheactivepowerfilters,andtheprospectsoftheapplic

3、ationofactivepowerfiltersinChina.Keywords：activepowerfilter;passivefilter;powerquality;harmonics▲0　引言近年来，配电网中整流器、变频调速装置、电弧炉、电气化铁路以及各种电力电子设备不断增加。这些负荷的非线性、冲击性和不平衡的用电特性，对供电质量造成严重污染。另一方面，现代工业、商业及居民用户的用电设备对电能质量更加敏感，对供电质量提出了更高的要求［1］。仅依靠过去无源滤波技术治理谐波已不能满足要求，研究和开发适应这一要求的新技术已成为近年来电力系统研究领域中的新

4、热点。对此，国外提出了“用户电力技术”(CustomPower)的新概念［2］，即利用电力电子控制器来提高配电网供电可靠性及电能质量。由于谐波是影响电能质量的最主要因素，因此有源滤波——利用电力电子控制器来抑制谐波也是CustomPower技术实施的主要手段之一，利用有源滤波这一新技术对配电网进行综合电能质量补偿必将会带来显著的经济效益。本文首先对无源滤波技术和有源滤波技术的优缺点进行比较，接着对有源滤波技术的原理、应用及其发展趋势做了详细介绍。1　无源和有源滤波技术采用电力滤波装置就近吸收谐波源所产生的谐波电流，是抑制谐波污染的有效措施。通常采用由电力电容

5、器、电抗器和电阻器适当组合而成的无源滤波装置进行滤波。由于无源滤波具有投资少、效率高、结构简单、运行可靠及维护方便等优点，因此无源滤波是目前广泛采用的抑制谐波及无功补偿的主要手段。由于无源滤波器是通过在系统中为谐波提供一并联低阻通路，以起到滤波作用，其滤波特性是由系统和滤波器的阻抗比所决定的，因而存在以下缺点［1，3］：①滤波特性受系统参数的影响较大；②只能消除特定的几次谐波，而对某些次谐波会产生放大作用；③滤波要求和无功补偿、调压要求有时难以协调；④谐波电流增大时，滤波器负担随之加重，可能造成滤波器过载；⑤有效材料消耗多，体积大。由于无源滤波具有以上缺点，

6、随着电力电子技术的不断发展，人们将滤波研究方向逐步转向有源滤波器。早在70年代初期，日本学者就提出了有源滤波器（activepowerfilter，缩写为APF）的概念［4］，即利用可控的功率半导体器件向电网注入与原有谐波电流幅值相等、相位相反的电流，使电源的总谐波电流为零，达到实时补偿谐波电流的目的。1976年美国西屋电气公司的L.Gyugi提出利用大功率晶体管组成的PWM逆变器构成的APF消除电网谐波［5］。由于受到当时功率半导体器件水平的限制，APF的研制一直处在试验研究阶段。进入80年代以后，随着电力电子技术的飞速发展，大功率可关断器件（GTR，GT

7、O，IGBT等）的不断进步，以及对非正弦条件下无功功率补偿理论的深入研究，特别是瞬时无功理论的提出［6］，为APF的实用化提供了必要的条件，使之在工业上得到了广泛的应用。与无源滤波器相比，APF具有高度可控性和快速响应性，其具体特点如下：a.不仅能补偿各次谐波，还可抑制闪变、补偿无功，有一机多能的特点，在性价比上较为合理；b.滤波特性不受系统阻抗的影响，可消除与系统阻抗发生谐振的危险；c.具有自适应功能，可自动跟踪补偿变化着的谐波。尽管APF有着无源滤波器所不具备的巨大技术优势，但目前要想在电力系统中完全取代无源滤波器还不太现实。这是因为与无源滤波器相比较，

8、APF的成本较高，这一点是限制APF推广使用的关键。