有源电力滤波器原理及优缺点简析
- 时间：2022-02-14作者：江苏安科瑞电器制造有限公司浏览：2603
谐波抑制和无功补偿传统的方法是结构简单，使用方便，技术成熟，成本低(Passive Filter,缩写为PF)。但缺点是只能过滤特定的次谐波，过载能力小，对系统阻抗和频率变化适应性差，稳定性差，损耗大。
但由于无源滤波器的特性受系统参数的影响较大，只能消除几个特定的谐波，过载能力小，对系统阻抗和频率变化的适应性差，稳定性差，人们逐渐将滤波器的研究方向转向有源滤波器(Active PowerFliter，缩写为APF)。
作为一种新型的谐波处理技术，有源电力滤波器是消除谐波污染、提高电能质量的有效工具。与传统的无源滤波器相比，有源电力滤波器具有谐波补偿、抑制闪变、自动跟踪补偿变化等技术优势，已广泛应用于工业中。
工作原理有源电力滤波器的基本原理是实时检测电网谐波和补偿对象的电压和电流，通过指令电流计算单元计算补偿电流指令信号，使用可控电力电子设备产生相同大小和相反的补偿电流，注入电网和负载中的谐波电流，使电源中的电流只包含基波，终消除电源电流中的谐波；同时，有源滤波器发出基波无功电流进行无功补偿。
从理论上讲，有源电力滤波器可以产生任何波形电流。图1显示了有源滤波器的结构框图[2]。与传统的无源滤波器一样，有源电力滤波器也为谐波电流或谐波电压提供了一个串联网络，在谐振频率处等效地将其引导为无大的并联网或等效阻抗。
图1 有源滤波器的组成结构
根据接入电网的方式，有源电力滤波器可分为并联式和串联式。由于工作原理和特点不同，各类有源电力滤波器的结构不同。
并联有源滤波器图2是单使用的并联有源滤波系统的组成拓扑。它是有源滤波器中基本的形式。它可以产生与负载谐波大小相等、方向相反的补偿电流，从而将电源侧电流补偿为正弦波。并联有源滤波器主要适用于电流源非线性负载谐波电流抵消、无功补偿和三相平衡系统中的不平衡电流。
它也是工业上投入多的方案，但由于电源电压直接添加到逆变桥上，对开关元件的耐压电压等级要求较高；当负载谐波电流含量APF补偿容量大，补偿频带宽，使APF成本增加，经济性价比下降，并联有源滤波不适合补偿电压谐波源。
图2 并联有源滤波系统结构图
串联有源滤波器串联型APF如图3所示。APF耦合变压器串联到电力系统中，可等效为受控电压源。主要优点是补偿电网谐波电压和三相不平衡电压，消除电压谐波源负载对系统的影响，以及系统侧电压谐波和电压波动对敏感负载的影响。
但串联有源滤波器损耗大，各种保护电路复杂；直流系统采用串联有源电力滤波器时，耦合变压器系统接入侧*出现直流磁饱和问题，仅用于交流系统。
图3 串联有源滤波系统结构图
有源滤波器能有效过滤电网中的2～谐波50次，反应时间小于1毫秒，是目前有效的滤波技术。然而，有源电力滤波器具有容量大、成本高的缺点，在广泛使用中有限。
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