電力有源濾波器與無功補償技術

1、電力有源濾波器與無功補償技術電力有源濾波器與無功補償技術葉選茂，楊茂（四川波宏電力濾波設計研究有限公司，成都：四川電力試驗研究院，成都摘要：隨著大功率開關器件的廣泛應用，電力系統(tǒng)諧波抑制及無功補償問題變得日益迫切電力有源濾波技術是解決上述問題的有效手段。首先簡要介紹了電力有源濾波的特點及其分類，然后著重介紹串聯(lián)型電力有源濾波器的結構、原理及控制策略，最后對技術應用中應考慮的一些問題作簡單介紹。關鍵詞；諧波；無功補償；逆變器引言）具有自適應功能，可自動跟蹤補償變化著電力電子技術是科學技術發(fā)展的重要支柱，的諧波，即具有高可控性和快速響應性等特點。然而電力電子技術帶來方便、高效、巨大利益的同它和傳統(tǒng)

2、的無源濾波器相比，能對頻率時，其非線性、沖擊性和不平衡用電特性，給公用和幅值都變化的諧波進行迅速的跟蹤補償，是一電網供電質量造成嚴重污染，向公用電網注人大，種很有發(fā)展前途的諧波抑制手段。量的諧波和無功功率。電力有源濾波器的主電路一般由逆變在研究如何有效地抑制用戶向電網注入諧波器構成。根據(jù)逆變器直流側儲能元件的不同，可和無功功率的同時還應看到，目前我國尚未達到分為電壓型（如圖）和電流型（如圖對所有接人電網的污染用戶進行百分之百治理的）。電壓型的儲能元件為電容，在工作時需水平，仍會有大量諧波注入電網，那么對特定的用對直流側電容電壓控制，使直流側電壓維持不變。戶而言電網本身就是個諧波源，因此，研究采

3、用何因而逆變器交流側輸出為電壓波。而電流種治理手段來提高那些對電能質量有高要求的特型儲能元件為電感，在工作時需對直流側電殊用戶用電端的電能質量水平，就有著十分重要感電流進行控制，使直流側電流維持不變，因而逆的現(xiàn)實意義，為此我們提出使用電力有源濾波器變器交流側輸出為電流波。（）來提高其用戶端電能質量的方法。電力有源濾波器概述電力有源濾波器（，簡稱）是一種能動態(tài)抑制諧波和補償無功的電力電子裝置，是利用可控的功率半導體器件向電網注入與諧波源電流幅值相等、相位相反的電流，使電源的總諧波電流為零，從而達到實時補償諧波圖電壓型有源濾波囂）不僅能補償各次諧波，還可抑制閃變、補償無功，有一機多能的特點，在性價

4、比上較為合理；）濾波特性不受系統(tǒng)阻抗等的影響，可消除與系統(tǒng)阻抗發(fā)生諧振的危險；收稿日期：圖電流型有源濾波器，電流的目的。具有以下幾個特點：年電力電容器無功補償技術論文集電壓型的優(yōu)點是損耗較少，效率高，是目前國內外絕大多數(shù)采用的主電路結構。電流型由于電流側電感上始終有電流流過，該電流在電感內阻上將產生較大損耗，所以目前較少采用。但是電流型由于開關器件不會發(fā)生直通短路現(xiàn)象，隨著超導儲能磁體研究的進展，也將促進多功能電流型投入實用。按電路拓樸結構分類，電力有源濾波器可分為并聯(lián)型、串聯(lián)型、串一并聯(lián)型和混合型。并聯(lián)型主要適用于電流源型非線性負載的諧波電流抵消、無功補償以及平衡三相系統(tǒng)中的不平衡電流等。目

5、前并聯(lián)型有源濾波器在技術上已較成熟。串聯(lián)型通過一個匹配變壓器將有源濾波器串聯(lián)于電源和負載之間。以消除電壓諧波。平衡或調整負載的端電壓，主要適用于電壓源型非線性負載?；旌闲褪窃诖?lián)型有源濾波器的基礎上使用一些大容量的無源濾波網絡來承擔消除低次諧波，進行無功補償?shù)娜蝿眨?lián)的有源濾波器只承擔消除高次諧振及阻尼無源網絡與線路阻抗產生的諧波諧振的任務。串并聯(lián)型組合了串聯(lián)有源濾波器和并聯(lián)有源濾波器的優(yōu)點，能解決電氣系統(tǒng)發(fā)生的大多數(shù)電能質量問題，所以又稱之為萬能有源濾波器或統(tǒng)一電能質量調節(jié)器（），該類有源濾波器的主要問題是控制復雜、造價較高。下面就一種基于電壓型逆變器的串聯(lián)型做詳細介紹。串聯(lián)型的系統(tǒng)結構

6、和工作原理串聯(lián)型系統(tǒng)原理示意圖如圖所示，它是將有源濾波器的專用變壓器串聯(lián)在系統(tǒng)與負載之間。有源濾波器（）圖串聯(lián)型示意圖串聯(lián)型系統(tǒng)結構圖如圖所示，主要由諧波檢測電路、控制電路、驅動電路及三相橋式逆變器四部分組成。其中，前三部分共同組成的控制電路。主電路采用構成的三相橋式電壓型逆變器，和，用來濾除確啊逆變器自身產生的脈沖分量。這種電路結構的特點是：有源電力濾波器作為受控電壓源，通過變壓器串聯(lián)在電源和負載之間。其輸出的補償電壓抵消系統(tǒng)中的諧波電壓，從而使負載端電壓的波形為正弦波。，。圖中仉一電源電壓；一電源的內部等效阻抗；仉一串聯(lián)型輸出的補償電壓；乩逆變器直流側電壓；、抑制逆變器高頻開關脈動的濾波器

7、中電感器、電容器。圖串聯(lián)型系統(tǒng)結構圖為了說明串聯(lián)型的基本工作原理，圖給出了進行諧波電壓補償?shù)囊幌嗟刃щ娐?。工作時，相當于一個與負載串聯(lián)且受諧波電流控制的受控電壓源，將負載側負載電流、負電力有源濾波器與無功補償技術載電壓、有源濾波器電容電壓作為控制對象，它產生一個倍于諧波電流的諧波電壓以，而對基波來講，其值為零。由圖可知。當時，流人負載的諧波電流卅，從而使一。通過控制，讓足夠大，就能使流經負載的電流不含諧波成分，變?yōu)橐徽译娏?，最終完成對諧波的補償。廠圖中互是電源的內部等效阻抗；和分別代表電源基波電壓和電源諧波電壓；鞏是負載的電壓；，和分別為電源基波電流和電源諧波電流（，）圖串聯(lián)型等效電路示意圖

8、當然，由于系統(tǒng)中的諧波成分較多，因此工程實際中不可能將系統(tǒng)中各次諧波電壓都補償?shù)簦F(xiàn)實的做法是根據(jù)系統(tǒng)中含量較大的或者用戶負載較為敏感的那些諧波成分來選擇諧波電壓補償次數(shù)和補償度。根據(jù)串聯(lián)型的工作原理，可采用定時瞬時值比較控制方法，根據(jù)諧波電流“來獲得控制信號。從而驅動主電路中電力開關器件，使逆變器實時產生與成比例的諧波電壓仉，才能達到使有源電力濾波器對基波阻抗為零而對諧波呈現(xiàn)一定阻抗的目的，進而實現(xiàn)對變化的諧波進行實時跟蹤補償?shù)哪康?。此外，為維持電容電壓保持恒定，這是對控制系統(tǒng)的基本要求。電力有源濾波器的應用電力有源濾波器的應用一般應考慮以下幾個）開關器件的選擇，對于容量小于的時可采）為減小

9、逆變器向電網注入的開關紋波又感及無源紋波濾波器應仔細設計；）為保證逆變器直流側電壓的穩(wěn)定，直流側電容值應適當選擇；）經濟上的考慮。的技術構想早在年代就已提出，但直到年代技術才進入實際應用，其中一個重要原因就在于的實際成本價格太高。因此在選擇應用時必須考慮其成本價格。結束語具有高度可控制和快速響應特性，并且能跟蹤補償各次諧波、自動產生所需變化的無功功率，因而已成為電力諧波抑制和無功補償?shù)闹匾侄巍１疚闹薪榻B采用基于電壓型變流器的串聯(lián)型有源濾波器，用于抵消電網中諧波電壓，使電力用戶的電能質量達到可以容忍的范圍，從而提高用電企業(yè)的安全穩(wěn)定生產水平，具有較高的推廣價值。隨著我國對電網諧波污染治理日益重

10、視，“綠色電力電子”的呼聲愈來愈高，電力有源濾披器必然會得到廣泛地推廣應用，給我國電力工業(yè)帶來巨大的經濟效益和社會效益。參考文獻：韓英鐸，嚴干貴，姜齊榮，等信息電力與技術電力系統(tǒng)自動化，。（）：。，（）：胡銘，陳衍有源濾波技術及其應用電力系統(tǒng)自動化，（），（）：作者簡介：葉選茂（一），男高工，從事電力系統(tǒng)諧波治理及無功功率補償?shù)确矫娴难芯抗ぷ鳌蠲ㄒ唬?。女，助理工程師，主要從事電力系統(tǒng)諧渡治理及無功功率等方面的研究工作。串聯(lián)型的逆變器控制方法逆變器工作，控制系統(tǒng)還應能控制其直流側方面的問題：一般采用，而容量大于用及多重化技術；不降低的補償特性，電壓型逆變器的輸出電電力有源濾波器與無功補償技術

11、作者：作者單位：葉選茂， 楊茂葉選茂(四川波宏電力濾波設計研究有限公司,成都 610047)， 楊茂(四川電力試驗研究院,成都 610072)相似文獻(10條)1.學位論文 鄧劍琪 電力有源濾波器控制策略的研究 2004本文的研究內容是跟蹤國外成熟電力有源濾波器的控制策略，重點介紹并討論了基于瞬時無功理論、基于單位功率因數(shù)理論、基于單周控制理論的三種有源濾波器的控制策略。同時結合國內外標準和國外成熟產品樣機的研究，提出了有源電力濾波器產品化所應該達到的性能要求，并闡述了國外有源電力濾波器產品化的趨勢。在論文研究的基礎上，研制了一臺并聯(lián)型有源電力濾波器實驗裝置，以此來進一步探討、研究控制策略的實

12、際工作。2.學位論文 曹瑩 并聯(lián)型電力有源濾波器檢測、控制策略的研究分析 2001論文對諧波和無功補償問題進行研究.首先對目前比較常用的關聯(lián)型有源濾波器的三種檢測方法:基于瞬時無功理論的畸變電流pq檢測法、i<,p>、i<,q>電流檢測法、dq0坐標下廣義瞬時無功理論檢測法,進行了理論分析.指出在電壓畸變的情況下,三種檢測方法在檢測基波有功電流方面存在一定的缺陷.在其基礎上,經過研究,該文提出"基于dq坐標變換的電流矢量檢測法",可以準確地檢測了基波有功電流分量.詳細敘述了并聯(lián)型有源濾波器的幾種控制策略,對其進行理論分析,指出它們在工程實現(xiàn)上的優(yōu)缺點

13、.確定采用滯環(huán)電流比較法作為該文并聯(lián)型有源濾波器的控制策略.對用并聯(lián)型有源濾波器補償負載諧波電流,進行了從檢測到補償控制過程的整體性仿真研究,證明該文所采用的檢測和控制方法可以有效的補償負載諧波電流和無功.研究用并聯(lián)型有源濾波器補償電壓源諧波負載,指出在一定的條件下,它同樣可以有效地補償電壓源諧波負載的諧波電流及其無功電流.3.期刊論文 谷雨.陳國柱.GU Yu.CHEN Guo-zhu 基于狀態(tài)空間的電力有源濾波器控制策略 -機電工程2008,25(7) 基于狀態(tài)空間法對通過LCL與電網連接的電力有源濾波器進行了建模,通過對LCL濾波器特性的分析,應用全狀態(tài)反饋來抑制LCL濾波器的諧振.在建

14、模基礎上把電網影響引入觀測器設計,研究了電網建模對狀態(tài)估計效果的影響,并解決了電網對APF補償輸出造成的無功問題.給出了電網電壓前饋的規(guī)律.最后的仿真結果證明了該設計的正確性.4.學位論文 田新良 電力有源濾波器保護電路及多重化控制的研究 2009隨著電力電子技術和自動化技術的推廣，電力有源濾波器（APF）的研究不斷取得新的突破。如何研制出穩(wěn)定、實用、高性能和低成本的濾波裝置已成為眾多研發(fā)人員的共同目標。本文在“電壓電流雙閉環(huán)控制策略”的100KVA電力有源濾波器研究應用的基礎上，針對實驗中遇到的一些問題，對電力有源濾波器實用化過程中的各種保護電路和方法進行了研究，確保了有源濾波器的安全穩(wěn)定運

15、行，為實現(xiàn)其工業(yè)化奠定了基礎。同時，為了改進有源濾波器的補償效果，提高有源濾波器的動態(tài)跟蹤性能，擴展有源濾波器補償帶寬，增強有源濾波器的魯棒性，對主電路的結構和控制策略進行了改進，提出了多重化瞬時值電流跟蹤控制的控制方法，實現(xiàn)對諧波電流的動態(tài)實時補償。本文對諧波的概念，諧波產生的原因及其危害進行了必要的分析，闡述了電力有源濾波器在國內外的發(fā)展現(xiàn)狀，并對電力有源濾波器存在的問題及其發(fā)展趨勢進行了介紹。詳細介紹了“電壓電流雙閉環(huán)控制策略”的并聯(lián)型電力有源濾波器的原理，諧波檢測以及控制方法。分析了SAPF仿真模型，對參數(shù)變化時的仿真結果進行了比較，并基于實驗樣機對各種情況下的實際補償效果進行了實驗分

16、析。在此基礎上，為了提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，本文對電力有源濾波器實用化過程中的各種保護電路和方法進行了研究，介紹了啟動過程中電壓電流漸變式控制的保護方案，正常運行過程中逆變器主回路的過流、過壓、du/dt、di/dt、過熱等預防保護，電網或裝置自身故障時刻的緊急保護，并通過大量仿真和實驗驗證了上述保護電路和方法的可行性和效果。為了解決實驗中遇到的一些問題，改進補償性能提高系統(tǒng)動態(tài)跟蹤性能擴展帶寬增強魯棒性，本文在電壓電流雙閉環(huán)控制策略的基礎上，提出了SAPF多重化的控制策略，詳細闡述了有源濾波器多重化控制的原理、控制方法、控制模型，并建立了APF多重化的仿真模型，通過大量仿真，比較分析了該控制方法的先

17、進性。5.會議論文 李暉.吳隆輝.卓放.王兆安 一種新型的混合型APF控制策略及其對APF的容量影響分析 2008針對當并聯(lián)電容器與并聯(lián)電力有源濾波器組成的混合系統(tǒng)存在的穩(wěn)定性問題，本文提出了一種新型的控制策略。首先提取了原有檢測方法的等效模型，并進行了穩(wěn)定性分析，針對目前采用的檢測方法所存在的穩(wěn)定性問題，提出了一種新型的控制策略，并對其等效模型進行了穩(wěn)定性分析，且與原有檢測方法得穩(wěn)定性進行了對比，進行了實驗驗證。最后，對此控制策略對電力有源濾波器的容量影響進行了分析，并與原有的控制方法進行了比較。本文的結論可以為實際應用中混合型濾波器控制方法的選取提供理論意義上的指導。6.學位論文 鄭丹 并

18、聯(lián)型電力有源濾波器的諧波檢算及控制策略研究 2007隨著電力電子技術的發(fā)展以及各種用電設備對電能質量要求的不斷提高，諧波抑制和無功補償問題越來越得到人們的重視。有源電力濾波器作為動態(tài)抑制諧波和補償無功的電力電子裝置，對比其他無源濾波等裝置有不可比擬的優(yōu)勢。本文對有源電力濾波器種類及拓撲結構進行比較，選擇電壓并聯(lián)型有源電力濾波器作為研究對象。提出了一套有源濾波器的設計方案，重點研究了諧波電流檢算方法和電壓電流雙閉環(huán)的控制策略。本文研究了基于瞬時無功理論的兩種諧波電流檢算方法pq法和ip-iq法以及由此衍生出來的旋轉坐標電流矢量法。分別對三種方法做數(shù)學推導和仿真分析，并對網側電壓畸變等不同情況下三

19、種方法的諧波電流檢算效果進行了對比分析。設計30階無限長數(shù)字濾波器，在采樣頻率為5KHZ時的響應時間為6mS。討論了兩種電流跟蹤控制方法，三角波比較法和滯環(huán)比較法，并根據(jù)IGBT開關頻率要求提出定頻滯環(huán)比較法，就三角波與定頻滯環(huán)兩種控制方式仿真比較其對補償效果的影響。研究ip-iq法和dq0法在直流電壓控制上的實現(xiàn)方法。本文設計了基于DSP：TMS320F2812的數(shù)字化控制系統(tǒng)，并采用C語言編寫的算法控制軟件。搭建了整套APF實驗平臺，完成了系統(tǒng)主電路和控制電路的設計與調試，在三相不控整流負載下實驗，完成APF的基本功能。仿真和實驗結果驗證了諧波檢算方法和控制方法的有效性。7.期刊論文 肖文

20、英.張忠賢 電力有源濾波技術及發(fā)展 -中國科技信息2006,""(8)介紹了電力有源濾波器的工作原理、基本分類及控制策略,概述了有源濾波器的發(fā)展現(xiàn)狀.8.學位論文 萬書紅 基于電壓空間矢量控制的電力有源濾波器 2006隨著非線性負載的大量應用，電網中的諧波含量日益增加，造成電能質量惡化。電力有源濾波器以其優(yōu)越的補償性能，已成為電力電子技術領域的研究熱點之一。本文首先介紹了電網中諧波問題的定義、產生與危害，以及諧波治理的主要方法。然后介紹了并聯(lián)型電力有源濾波器的工作原理。在介紹目前常用的并聯(lián)型電力有源濾波器的補償分量檢測方法的基礎上，采用了基于等功率法的補償分量檢測方法。論文

21、對比分析了并聯(lián)型有源濾波器的幾種控制策略，指出它們在工程實現(xiàn)上的優(yōu)缺點。將應用于變頻器中的電壓空間矢量控制法作為本文并聯(lián)型有源濾波器的控制策略。仿真結果證明了檢測及控制方法的正確性。最后，介紹了本人設計的基于TMS320LF2407A DSP控制的并聯(lián)型三相三線電力有源濾波器實驗裝置，對硬件電路及其參數(shù)進行了設計和計算，控制算法通過編程實現(xiàn)。實驗結果與分析結果一致，進一步驗證了所提出的簡單數(shù)字化控制方法的正確性和有效性。9.期刊論文 李華 電力有源濾波器發(fā)展現(xiàn)狀及應用 -自動化與儀器儀表2004,""(5)電力有源濾波器對帶非線性負載的交流電網進行諧波抑制和無功補償已經是一項比較成熟的技術.本文就有源濾波器的拓撲結構、諧波和無功的檢測以及補償?shù)目刂撇呗赃M行了詳盡的綜述,概述了有源濾波器的發(fā)展現(xiàn)狀,并對有源濾波器的應用前景進行了展望.10.學位論文 毛鵬 基于DSP的三相并聯(lián)型電力有源濾波器的研究 2006隨著功率開關器件的大量應用，以及用戶對電能質量要求的不斷提高，以諧波治理為目的的各種電力電子裝置應運而生。其中，三相并聯(lián)型電力有源濾波器最具代表性。本文針對工業(yè)用戶中普遍存在的諧波污染問題，對三相并聯(lián)型電力有源濾波器進行了重點研究。主要從工程應用角度出發(fā)，對檢測和補償兩個環(huán)節(jié)進行了研究和設計，為有源濾波