探究大容量并联型有源电力滤波器软启动技术

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1、探究大容量并联型有源电力滤波器软启动技术　　摘要：近年来，随着我国经济的飞速发展，推动了各行各业的发展速度，电网的规模也随之不断扩大。与此同时，电力设备的大量增多，使谐波问题日益凸显。有源电力滤波器是抑制电网谐波污染的有效途径之一，其能够对频率和幅值处于不断变化的谐波进行跟踪补偿，并且补偿特性不会受到电网自身阻抗的影响，滤波效果非常良好，可以满足电网动态补偿的需要，正因如此，使有源电力滤波器在电网中获得了广泛应用。然而，在实际应用中发现有源电力滤波器在正常启动的过程中常常会发生对冲问题。而软启动技术的提出，为这一问题的解决提供了条件。基于

2、此点，本文就大容量并联型有源电力滤波器的软启动技术展开探究。关键词：APF；软启动技术；电力设备中图分类号：F407.61文献标识码：A文章编号：一、并联有源电力滤波器的基本工作原理及分类（一）基本工作原理7有源电力滤波器简称为APF，其基本工作原理如下：对补偿对象中的电流和电压进行检测，经过相应的计算后得出补偿电流的指令信号，该信号在经过电流发生电路时会被放大，从而得出补偿电流，而此时补偿电流则会与负载电流当中需要补偿的无功及谐波等电流互相抵消，最终便可以获得期望的电源电流波形。图1为APF的基本工作原理图。图1APF基本工作原理图（二

3、）APF的分类APF大体可分为直流和交流两大类。其中有源直流滤波器的主要作用是能够消除高压直流输电系统中换流器直流侧的电流及电压谐波。而有缘交流滤波器（即APF）则一般被用于交流电力系统中各电压等级的谐波补偿。1.按照接入电网的方式可将APF分为并联型、串联型、混合型以及串并联型。其中并联型常被用于无功电流、负序电流和负载谐波的综合补偿；串联型的主要作用是能够有效地消除电压型谐波电源对电力系统的影响。目前出现了一种新型的有源电力滤波器，它是集并联型和串联型两者功能于一身的装置，被称为电能质量调节器。2.按照主电路中使用的贮能元件不同APF

4、可分为电压型和电流型两种。前者的主电路直流侧接有较大的电容，设备处于正常运行时，电压能够保持基本不变；而后者主电路直流侧则接有较大的电感，当设备处于正常运行时，电流能够保持基本不变。73.按照接入系统的不同可分为单相和三相两类，而三相有源电力滤波器又分为三相三线和三相四线制两种。本文主要是基于三相三线大容量并联型有源电力滤波器来进行研究。二、大容量并联型APF的软启动技术研究（一）APF投运中存在的问题APF在投入运行的过程中，常常会出现以下两个方面的问题：1.在APF启动的瞬间，直流侧的电压一般都相对较低，此时的电压值与直流电压的给定值

5、有较大的差距，这样一来在PI控制的前提下，便会形成较大的有功电流作用到指令电流上。通常情况下，当直流与交流电压一定时，电感的值越大，其中的电流变化率就会越小，这时电流自身的跟踪能力也就变得越弱；相反，若是电感的值越小，则其中的电流变化率就会越大，相应地动态响应速度就变得越快，并且APF启动时的冲击电流越大就越容易引起振荡。因交流侧的电感值相对较小，从而会导致桥臂上的电流较大，这样一来便会对绝缘栅双极型晶体管产生较大的影响。2.APF在启动过程中，直流侧的电压初值与电压给定值相差较大，从而导致电压产生超调，若是不采取相应措施的话，很容易导致

6、直流侧电压过冲，这样便极有可能造成电容器损坏，严重时甚至会引起爆炸。（二）APF软启动的特点7通常情况下，对于大功率的电力电子设备而言，基本上都需要软启动过程。1.逆变电源。恒频恒压逆变电源的软启动采用的是输出电压给定由零值逐步递增至理想值，并在每个开关周期内均增加一定的数值，直到软启动完毕。在整个启动的过程中，系统的调制比呈现出逐步增大的状态，此时输出的电压也处于缓慢上升状态，从而达到了减小启动电流冲击的目的。2.直流电源。在DC/DC的电路当中，脉冲调制控制芯片中基本都自带有软启动功能，利用内部的恒流源来完成对软启动电容的充电，这样便

7、可以使误差比较器的输出被箝位在软启动电容电压，此时占空比会从零值开始逐渐增大，直至工作稳定为止。3.APF的软启动。与以上两种软启动相比，大容量APF的软启动具有以下特点：其一，大容量的APF由于交流侧的电感相对较小，从而增大了软启动的难度；其二，APF一般都是对交流侧输出电流的软启动；其三，APF不仅需要对电流环抑制启动中的输出电流冲击进行控制，而且还需要对直流侧电压的缓升进行控制。换言之，APF的软启动实质上是电压环和电流环同时软启动的过程。（三）APF软启动方法和步骤为了进一步消除APF启动时出现的电压和电流过冲问题，必须采用软启动

8、的方式，具体方法和步骤如下：71.预充电过程。由于APF的交流侧为三相电网电压，而直流侧则为大电容。为此，可在主电路投入运行前，借助绝缘栅双极型晶体管的反并联二极管经充电电阻为直流侧电容进行充