针对有源电力滤波器和无源电力滤波器的原理、应用及比较

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1、万方数据电工文摘／技术交流有源电力滤波器和无源电力滤波器的原理、应用及比较一中国建筑设计研究院曹磊施耐德电气(中国)投资有限公司刘狲马建国际建筑设计院杜航摘要：随着全球工业化进程的加快，电力电子装置在电网中的应用日益广泛，如整流器、变频器、uPS、电梯、空调、节能灯(荧光灯)、复印机、家用电器等，这些负载会产生大量的谐波电流并注入到电网中，使电网电压产生畸变，这种谐波污染会对电网和用户产生严重的危害。有源滤波器和无源滤波器作为目前电网谐波抑制的主要手段被广泛应用，但无源补偿设备的补偿效果较差，同时也难以对变化的谐波和无功功率进行有效的补偿，因此，以IGBT为

2、核心部件的有源滤波器比无源滤波器具有更优越的性能。本文从滤波原理及应用上，针对有源滤波器和无源滤波器的特点做分析，找出有源电力滤波器和无源滤波器的根本特别和区别。关键字：有源滤波器无源滤波器区别无源滤波器是谐波抑制的传统方法。采用电力电容器和电抗器等无源器件适当组合构成的无源滤波器与需治理的非线性负载并联，为谐波形成一个低阻通路的同时，在基波下，也为负载提供所需的无功功率，这种方法在滤除谐波的同时也能补偿无功功率。由于采用的基本原件是电容和电抗，因此成本低，技术成熟，结构比较简单。无源滤波器又分为单调谐滤波器、高通滤波器和双调谐滤波器等几种。其中以单调谐滤波

3、器为主。1．1单调谐滤波器图表1a为单调谐滤波器的电路原理图。滤波器对n次谐波的阻抗为．瓦I盖+d一础一壶j，单调谐滤波器阻抗随频率变化的关系曲线如图表1b。2009．250单调谐滤波器是根据L、C谐振原理构成，因此，谐振频率工。爵蠹在谐振点处zn=Rn，因为Rn很小，因此对于该n次谐波，主要流入单调谐滤波器内，而其他次数的谐波，滤波器滤除的很少。在实际应用中，无源滤波器的调谐频率不会正好设计在谐振点上。举个例子，5次无源滤波器的谐振点不会正好设计为250Hz，因为极小的5次谐波电压会在该趋近与零的回路，也就是5次无源滤波器内形成极大的5次谐波电流。因此，通

4、常5次无源滤波器的谐振点通常设计在小于250Hz，通常在240Hz至248Hz之间。这个和各不同滤波器厂家的不同而不同。1．2高通滤波器高通滤波器也成为减幅滤波器，通常分为四种形式的高通滤波器，分别为一阶、二阶、三阶和C型四种。如图表2所示：图表2万方数据一阶高通滤波器需要的电容太大，基波损耗也太大，一般不采用。二阶高通滤波器滤波效果最好，但与三阶相比，其基波损耗较高。三阶高通滤波器比二阶多了一个电容器C2，容量相比Ct很小，它提高了滤波器对基波频率的阻抗，从而大大减少了基波损耗，这是三阶高通滤波器的主要优点。c型高通滤波器的性能介于二阶和三阶之间，Cz与L

5、的调谐在基波频率上，所以可以大大减少基波阻抗。其缺点是对于基波频率失谐和元件参数漂移比较敏感。以上四种高通滤波器中最常用的还是二阶高通滤波器，同时C型高通滤波器也有比较好的优势。有源电力滤波器是一种可以动态滤波谐波、补偿无功功率的新型电力电子装置，它能对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿。其应用可以克服无源滤波器等传统谐波抑制和无功补偿的缺点。2．1有源电力滤波器的分类及原理有源滤波器具备内部的指令电流运算及检测电路，通过外部电流互感器实时采集电流信号，从负载电流中分离出谐波电流分量和基波无功电流，通过IGBT逆变出与系统的谐波电流大小相等、相位相

6、反的补偿电流，实现滤除谐波的功能。并且也通过内部IGBT逆变出容性或感性的基波电流，实现动态无功补偿。有源电力滤波器的输出补偿电流是根据系统的谐波量动态变化的，因此不会出现过补偿的问题。另外有源电力滤波器的内部应具备过载保护功能，当系统的谐波量大于滤波器容量时，有源电力滤波器可以自动限制在100％额定容量输出，不会发生滤波器过载。同时，有源电力滤波器的无功补偿电流是根据系统无功量需求动态变化的，不会出现过补偿，柔性的无功补偿也不会产生涌流冲击。2．1．1有源电力滤波器的主电路一般由P州逆变器构成。根据逆变器直流侧储能元件的不同，可分为电压型有源滤波器(储能元

7、件为电容)和电流型有源滤波器(储能元件为电感)。电压型有源滤波器在工作时需对直流侧电容电压控制，使直流侧电压维持不变，因而逆变器交流侧输出为P州电压波。而电流型有源滤波器在工作时需对直流侧电感电流进行控制，使直流侧电流维持不变，因而逆变器交流侧输出为P删电流波。电压型有源滤波器的优点是损耗较少，效率高，是目前国内外绝大多数有源滤波器采用的主电路结构。电流型电工文摘／技术交流有源滤波器由于电流侧电感上始终有电流流过，该电流在电感内阻上将产生较大损耗，所以目前较少采用。图表3电压型有源滤波器图表4电流型有源滤波器2．1．2电力系统谐波源分为两类，即电流型谐波源和

8、电压型谐波源。因为理想的电流源的内阻为无穷大，因此对