新型电力有源电力滤波器参数设计及应用

有源滤波器的工作原理及应用

一、概述

随着电力电子技术的迅猛发展和成熟，电力系统中的大型功率电子装置日益增多，在提高工业自动化水平和效益的同时，由于是各种使用传统相控整流技术的大容量非线性负荷，在运行过程中所产生的高谐波和低功率因数的运行状态，严重危害着电力系统的安全和电网供电质量。 针对电网谐波的复杂情况而研发的有源滤波器作为一款先进的电能质量治理产品，综合了电力电子技术、数字控制技术、数字信号处理技术等前沿技术，具有较高技术含量。

二、工作原理及容量选择

有源电力滤波器通过电流互感器检测负载电流，并通过内部DSP计算，提取出负载电流中的谐波成分，然后通过PWM信号发送给内部IGBT,控制逆变器产生一个和负载谐波电流大小相等，方向相反的谐波电流注入到电网中，达到滤波的目的。

1.改造项目

可以通过对电网的实测，得出谐波电流。需要测试的量有：相电流有效值：I0,电流总谐波畸变率：THDi,那么可以根据如下的公式得到谐波电流有效值：

上式中，IH表示总谐波电流含量。

2.新设计项目

在变压器二次侧进行集中治理时，可以通过如下公式来估算：

上式中，S表示变压器容量，K表示负荷率，U表示线电压。

一般情况下，K取0.5～0.7之间；而THDi根据不同行业的负载情况取不同的经验值

三、有源滤波器的发展趋势

有源滤波器是改善供电质量，净化电网污染的一种有效装置，自从七十年代提出以来，有源滤波技术得到了长足的发展，越来越多的有源滤波器投入了运行，无论从现实功能还是运行功率上都有明显进步。目前，有源滤波器已经运用在提高电能质量，解决三相电力系统中终端电压调节，电压波动抑制，电压平衡改善以及谐波消除和无功补偿等问题上。从近年来的研究和应用可以看出，有源滤波器的发展前景如下：

（1）随着新型能源的发展，有源滤波器的运用范围得到极大扩展。特别是新型能源发电后并入电网时，有源滤波器可减少其对电网产生危害。

（2）从成本和效率，以及扩大容量来说，模块化的有源滤波器系统将得到更加广泛得运用。

三相有源电力滤波器的设计

摘要：随着现代社会经济的不断发展，推动了电力行业的进一步发展，电子装置亦被广泛应用，至此大量谐波及无功电流被用于电网中，但随之而来的是极大的污染，电能质量问题亦显得十分严重。有源电力滤波器可有效补偿电力系统谐波及其无功功率，此装置控制具备良好的实时性及准确性，这亦是实现有效补偿的重要内容。三相有源电力滤波器是以模拟逻辑方式消除电网谐波，从而实时检测电网中的非线性负载电流波形，再将动态滤波、动态无功功率集于一体，其使用性能良好，影响速度极快，滤波涵盖范围亦是非常广泛，实际应用效率高，工作时并不受系统参数的影响。本文探讨了三相有源电力滤波器的设计，并提出了实用性应用措施，为三相有源电力滤波器设计提供参考依据。

关键词：三相有源；电力滤波器；滤波器设计

三相有源电力滤波器可实时滤除谐波，及时消除非线性负载中的谐波电流，亦或者是消除电网侧产生的谐波电流，从而有效降低系统电压畸变率；并可实现动态无功补偿，能够及时发出容性无功亦或感性无功，可有效改善系统的功率因数；可达到降耗节能的目的，有效降低线路损耗与变压器损耗，能够有效缓解设备发热的问题，同时延长设备应用时间，并确保电力系统运行稳定可靠。三相有源电力滤波器对现代电力系统发展有着极大现实意义，但三相有源电力滤波器设计水平偏低，因此探讨三相有源电力滤波器设计，对电力系统有效运行有着极大现实意义。

一、三相有源电力滤波器简论

1、有源电力滤波器

电力电子设备及非线性负载现已被广泛应用，这时的谐波电流及无功电流被大量注进电网，从而威胁着电网及电气设备的运行及其正常使用。有源电力滤波器为动态抑制谐波及补偿无功的设备装置，此类电力电子设备可对频率及大小变化谐波、无功等有效补偿，其为十分理想的补偿谐波设备，为十分理想的补偿谐波设备。有源电力滤波器具备极高可可控度，其反映速度十分快速，可及时跟踪补偿各谐波与需要的无功功率，而此特性并不会受到系统的影响，无谐波可合理放大，其体积与重量小。单台有源电力滤波器造价与技术、容量均被制约，大容量有源电力滤波器研究已获得诸多成就，三相有源电力滤波器被广泛用于电力系统中，但此方式结构非常复杂，控制程序亦十分繁琐，设计工作难度大。

第８期总第２３０期　２０１３年８月　农业科技与装备　ＮＯ．８　Ｔｏｔａｌ　Ｎｏ．２３０　ｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｅｑｕｉｏｍｅｎｔ　Ａｕ２．２０１３　

并联混合型有源电力滤波器的设计与应用研究　

郭　健，蔡云财　

（沈阳优力机电设备有限公司，沈阳１１００３５）　

摘要：分析并联混合型有源电力滤波系统的基本组成及工作原理，阐述对谐波检测及其产生补偿电流的控制方法．利用ＭＡＴＬＡＢ　软件建立仿真模型。试验结果表明，该设计对负载谐波源有良好的抑制作用。　关键词：有源电力滤波器；滞环比较控制；谐波检测；控制方法；ＭＡＴＬＡＢ　中图分类号：ＴＮ７１３　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７４—１１６１（２０１３）０８—００４９—０３　

近年来．谐波污染是电能质量中较为突出的问　

题．对其进行有效治理对于电力系统和电力用户具有　重要意义。针对高电压、大容量谐波源。国内外目前主　

要采用ＬＣ无源滤波器（Ｐｏｗｅｒ　Ｆｉｌｔｅｒ，ＰＦ）进行补偿。　

ＰＦ具有初期投资小、结构简单等优点，但其滤波性能　对系统阻抗、频率等参数变化极为敏感。难以达到预　

期的滤波效果。而有源电力滤波器（Ａｃｔｉｖｅ　Ｐｏｗｅｒ　Ｆｉｌｔｅｒ，ＡＰＦ）克服了ＰＦ存在的缺陷，能对大小和频率　

均变化的谐波及无功进行快速补偿，近年来受到了广　泛重视。　１　有源电力滤波系统组成及原理　

从２０世纪８０年代开始，有源电力滤波器的研制　

一直在进行，目前已经逐渐成熟，可以有效应用于电　力系统补偿谐波、无功功率和电压不平衡。其不足之　处在于．应用到工业系统时容易受到系统电压等级以　

及容量的限制。为了克服这一不足，降低系统容量要　

求．将有源滤波器与无源滤波器相结合的混合型有源　电力滤波器结构应运而生。混合型有源滤波器将无源　

滤波器补偿容量大以及有源滤波器补偿灵活的优点　结合在一起，其具体结构如图１所示。　

目前应用的有源电力滤波器多种多样．但总的来　说，都是由谐波检测环节、控制系统和主电路３个主　

随着国内外电力电子技术的发展，大量由电力电子开关构成的、具有非线性特性的用电设备广泛应用于冶金、钢铁、交通、化工等工业领域，如电解装置、电气机车、轧制机械、高频炉等，故国内外电网中的谐波污染状况日益严重。美国电力科学研究院EPRI最近的报告指出，全美因谐波等电能质量损失达几百亿美元。电网中的高次谐波会造成旋转电机和变压器过热，使电力电容器组工作不正常，甚至造成热击穿损坏；对电力系统中的发电机、调相机、继电保护自动装置和电能计量等也有很大危害，严重时会引发设备误动作，造成重大事故；谐波污染对通信、计算机系统、高精度加工机械，检测仪表等用电设备也有严重的干扰。因此，必须采取有效的措施来消除电网中的高次谐波。 在低压配电网中这些谐波污染问题显得尤为突出，严重影响到各种类大型厂矿的正常生产，如钢铁、煤矿、化工、纺织等企业，以及IT和大规模微电子集成电路企业，造成产品报废，生产线停产，生产设备的寿命骤减甚至损坏。 谐波使电网中串、并联设备产生谐波损耗，降低发电、输电及用电设备的效率，大量的三次谐波电流流过中线时会使线路过热甚至发生火灾。谐波对计算机和数控设备具有很大危害，可以影响程序运行，破坏数据，使信息丢失，导致控制系统误动作。谐波能够影响各种电气设备的正常运行，对电机、变压器、电容器、电缆等设备造成振动、过热、绝缘老化，严重影响设备的使用寿命甚至直接造成设备损坏。 例如大众汽车在生产中所产生的谐波直接影响上海安亭电网，且谐波的干扰使得大众的DEVICENET现场总线自动化生产系统无法正常工作。这些谐波污染问题带来的严重经济损失以及随着电力市场的发展趋势，政府、企业和个人用户对电能质量越来越重视，产生谐波污染的用户需要相应的设备减轻或消除其对周边电力系统的影响，电力运行管理部门也会加强对相关企业的监督管理。显然上述配电网用户都是本产品的目标市场。 目前用户通常采用并联型无源滤波器来抑制谐波，但存在不少缺陷。现在的趋势是采用电力电子装置进行谐波补偿，即KYYLB有源电力滤波器（APF）。与前者相比，KYYLB有源滤波器能对变化的谐波进行迅速的动态跟踪补偿，而且补偿特性不受电网阻抗的影响。 KYYLB有源滤波器的应用范围很广，从最常用的钢铁企业及其他有色金属冶炼加工企业，到煤矿，造纸，化工，玻璃，纺织以及电子和大规模集成电路芯片制造企业，以及IT业所需的大量计算机服务器等，都需要有源滤波器保证其生产线的可靠稳定运行。KYYLB有源滤波器的设计制造在国内外均处于一个较初步阶段。国内外生产和研发该产品的公司很少。目前在国内提供有源滤波器销售服务的只有外资企业，即ABB中国投资有限公司（上海）的低压产品部，芬兰NOKIANCAPACITOR公司，以及法国梅兰日兰电气有限公司在中国所设机构。这几家公司只提供产品的售前咨询、销售安装和售后技术服务，而其技术核心的研发，以及设备元件的生产、装配和测试均在国外完成。并且设备的价位很高，给各用户安全高效的生产运行，以及技术革新，新生产线的引进等设置了较大的资金障碍。