有源电力滤波器的应用及发展前景

RURALELECTRIFICATIONEquipment电器设备2010年第04期 总第275期有源电力滤波器是一种用于动态抑制谐波、补偿无功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，可以克服无源滤波器等传统的谐波抑制和无功补偿方法的缺点。有源电力滤波器的分类情况如图1所示，根据不同的接入方式，可分为三类。以下主要以并联型有源电力滤波器为介绍对象。1 并联型有源电力滤波器并联型有源电力滤波器系统构成如图2所示，es表示交流电源，负载为谐波源，它产生谐波并消耗无功。如图2所示，有源电力滤波器的系统由两部分组成，即指令电流运算电路和补偿电流发生电路（电流跟踪控制电路、驱动电路和主电路三部分）。基本工作原理：检测补偿对象中含有谐波的电流，经指令电流运算电路得出补偿电流的指令信号，该指令信号经过跟踪控制电路，控制电路得出补偿电流，补偿电流与负载电流中要补偿的谐波电流相互抵消，最终得到不含谐波的电流。当负载产生谐波时，有源电力滤波器检测出负载电流 中的谐波分量 ，将其反极性后作为指令信号 ，由补偿电流发生电路产生的补偿电流 ，即与负载电流中谐波分量 大小相等、方向相反，在连接点相互抵消，达到补偿谐波的目的，使得电源电流中只含有基波，不含谐波。2 电流跟踪控制方法电流跟踪控制方法在有源电力滤波系统中发挥着重要的作用，它决定了系统的快速性和准确性。有源电力滤波器的应用及发展前景赵影，王雅静，天津理工大学摘要：该文介绍了有源电力滤波器的工作原理和基本控制方法，并阐述有源电力滤波器的现状及发展前景等等。关键词：有源电力滤波器；谐波；工作原理；应用及前景中图分类号：TM727 文献标志码：B 文章编号：1003-0867(2010)04-0055-02高压电力电容器进行补偿。5.4安全管理规范化根据《电力法》的规定，为了保证电网的安全，水电站发电顺利并网，应以产权分界点分界的原则进行安全管理，水电站范围的资产安全由投资方或承包方负责，并任命相应的第一安全责任人。水电站必须通过供电公司有关部门的验收检查合格后方可上网发电，否则造成经济等方面的损失和后果均由水电站负责。小水电站机组的电工应经过电工专业技能培训，并且必须取得电力管理部门、劳动局安全部门颁发的《电工进网作业许可证》，方准上岗作业，否则供电部门有权制止其上网工作。小水电机组和线路检修及检修后的上网必须提前一星期与供电部门联系，以书面申请形式办理有关手续，由供电公司统一安排调度，同时办理两票手续以确保安全，遇到事故紧急处理后，应立即向供电公司报告。5.5协议签订规范化为明确供电公司与水电站业主就小水电并网中的权利和义务，保证电网的安全、稳定、经济运行，水电站在供电公司和水务局验收合格后，正式并网前与供电公司签订《水电并网协议书》。6 结束语采取这些规范化管理措施，能够在一定程度上确保安全生产无责任事故发生，在一定程度上保证电网的安全和电能的质量；同时对提高供电部门和小水电站的安全生产水平和经济运行水平有所帮助，应该能在一定程度上保证双方取得应有的经济效益，出现双赢局面。（责任编辑：马宗禹）图1有源电力滤波器分类有源电力滤波器串联型有源电力滤波器并联型有源电力滤波器统一电能质量调节器（UPQC）单独使用方式与LC滤波器混合使用方式单独使用方式与LC滤波器混合使用方式注入电路方式图2并联型有源电力滤波器系统构成负载主电路驱动电路隔离电路电流跟踪控制电路指令电流运算电路isicCRLAPFic*iLesRURALELECTRIFICATION电器设备Equipment2010年第04期 总第275期为了得到较好的实时性，一般采用跟踪型PWM控制方式，目前常用的电流跟踪控制方法有：三角波比较方式和滞环比较跟踪控制。2.1三角波比较控制三角波比较方法是最简单的一种电流控制方法，其原理如图3所示。这种方法将补偿电流指令信号ic*和实际补偿电流信号ic之间的差Δic经放大器A放大之后再与三角波比较，放大器A一般采用比例放大器或者比例积分放大器，控制电路的设计目标将Δic控制为最小。三角波比较方式的特点是电流响应比较慢，跟随误差大，硬件复杂，器件开关频率固定，输出电压中所含的谐波少。2.2滞环比较跟踪控制滞环电流控制具有简单灵活，性能与系统参数无关，动态响应速度快，鲁棒性好，精度较高等优点，因此在跟踪谐波电流或电压的控制方面应用最多。以单相电流跟踪控制为例，图4为采用滞环比较器的瞬时比较方式的原理图。把补偿电流的指令信号ic*和实际补偿电流信号ic进行比较，得到两者的差值Δic，将其差值Δic作为滞环比较器的输入，通过滞环比较器产生控制主电路中开关通断的PWM控制信号，该信号经驱动电路来控制开关的通断，从而达到控制实际补偿电流ic跟踪指令电流ic*变化的目的。这种控制电路的特点是不需要载波，硬件电路简单，电流响应快，若滞环宽度固定则其电流跟踪误差范围固定。但这种方式中的滞环宽度H对补偿电流的跟踪性能有较大的影响：当H较大时，其跟踪误差大，跟踪能力差，对主电路中电力半导体器件的开关频率要求较低；反之，当H较小时其电流跟踪误差小，但同时对主电路中电力半导体器件的开关频率要求就比较高。3 有源电力滤波器的现状及发展前景3.1国外的研究现状目前，有源电力滤波器在国外的研究以日本为代表，已经进入实用化阶段，已有很多应用实例。随着容量的逐步提高，其应用范围也从补偿用电户自身的谐波向改善整个电力系统电能质量的方向发展。有源电力滤波器在日美等工业发达国家已经得到了高度的重视和广泛的应用。一些装置已经相当成熟，其产品开始进入大量实用化阶段。如日本的有源电力滤波器使用很普遍，并联型有源电力滤波器最大容量达50 MVA，采用的是GTO、SCR器件，用于抑制电弧引起的闪变。3.2国内研究现状国内对于补偿谐波的有源电力滤波器的研究十分活跃，技术也相当成熟，但仍处于试验阶段，且成本较高。并联型有源电力滤波器的研究最为成熟，主要以理论和实验研究为主。虽然我们在理论上已经取得了一定的成就，但多数只是实验样机，存在容量小、可靠性差、补偿效果不理想、造价高等缺点。3.3发展前景随着快速、大功率电力电子开关器件的研制成功，基于瞬时无功理论的瞬时空间矢量法的提出，以及微机控制技术和数字信号处理技术的不断发展，有源电力滤波技术也得到了快速发展。目前有源电力滤波器在日美工业发达国家已经得到了高度的重视和广泛的应用，我国还处在研究试用阶段，而且成本相对较高。但随着大功率电力电子技术和控制技术的不断发展，APF的成本不断降低，加上其滤波效果良好，在我国必将有广阔的应用前景。4 结束语与传统谐波治理技术相比，有源电力滤波器作为净化电网污染，改善供电质量的一种有效装置，具有明显的优势。大功率电力电子技术和控制技术的不断发展，APF的成本逐渐降低，在我国必将有广阔的应用前景，与此同时，此装置在农村电网治理上也必然得到广泛应用。参考文献[1] 王兆安，杨君，刘进军．谐波抑制和无功功率补偿[M]．机械工业出版社．1998.[2] 姜齐荣，赵东元，陈建业．有源电力滤波器－结构•原理•控制[M]．科学出版社．2005.[3] 黄涛．基于DSP的并联型有源电力滤波器的研究[J]．清华大学．2004.5[4] 粟时平，刘桂英．静止无功功率补偿技术[M]．中国电力出版社．2006.（责任编辑：马宗禹）图3三角波控制方法APWM控制信号+-三角波+ic★△icic-图4滞环比较方式原理图PWM控制信号△icicic★+-滞环比较器