并联型有源滤波器的基本工作原理

李祖喜

(三峡大学 外语学院,湖北宜昌 443002)

并联型有源滤波器的基本工作原理

李祖喜

(三峡大学 外语学院,湖北宜昌 443002)

通过对有源滤波基本工作原理的分析,得出并联型有源电力滤波器采用的补偿策略不同,获得的性能指标也不相同,并联型源电力滤波器的控制目标是保证三相电源进线电流成为与对应负载电压相同的对称正弦电流。

并联有源滤波器;谐波;功率因素

在现代工业技术高度发达的今天,电力系统中非线性负荷侧大量增加。电力系统中电子装置的开关动作向电网中注入了大量的谐波和次谐波分量,使得交流电网中的电压和电流波形严重失真,成为主要的谐波源。民用和商业用电占城市用电的比例较大,其中数量庞大的电冰箱、电视机、电扇、洗衣机、计算机和空调等家用电器产生的谐波电流,由于工作同时性强,已成为配电网中谐波的主要污染源。电能质量的下降将严重影响供、用电设备的安全。治理谐波是提高供电电能质量的主要研究内容之一,也是现代电力系统安全而经济运行的迫切要求。因此,用有源电力滤波器来抑制和补偿谐波,可提高电能质量。

1 有源滤波器的结构

有源滤波器由电流谐波分量检测部分、电流谐波风凉控制电路部分、脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)逆变器部分、注入变压器构成的输出部分和由直流电抗器构成的直流电源部分等5部分组成(见图 1)。有源滤波器在结构上采用了具有自动换流能力的可关断晶闸管(gate turn-off thyristor,GTO)组成的高频逆变器,能够将直流电流变为交流电流。有源滤波器是由直流电抗或电流构成的储能直流电源,经逆变器把存储在电抗(或电容)中的支流电能转换为所需的频率和波形的交流电流,再由注入变压器注入到供电线路。脉冲宽度调制逆变器同时兼有向直流电抗器(或电容器)提供电能的功能,这个过程直接受高次谐波电流补偿量检测及其控制电路的控制[1]。

图1 有源滤波器的结构框图

2 并联有源滤波器的工作原理和特点

由于电网中存在无功和谐波污染,可确定并联型有源滤波器实现的功能为:无论负载输入电压是否成为三相对称正弦电压,电源输出位于对应相负载电压相位相同的三相对称正弦电流,即整个系统要以实现消谐和无功补偿控制为目标。系统设计要求为:输入电流总谐波畸变率及各次谐波满足IEEE519标准;输入功率因数高于0.95且连续可调;负载变化调节时间低于一个电网电压周期。

并联有源滤波器装置结构见图2[2],其中主电路采用三相桥式电压源逆变器,并联有源电力滤波器与负载直接并联。逆变电路采用电流控制技术,整个装置就可以同时实现消谐和无功补偿功能。在图2中,is为电网提供的电流;il为负载电流;ic为有源滤波器的输出电流。

图2 单相有源滤波器的结构图

将图2中的负载电流il按傅里叶级数展开为

式中:ilp为基波有功电流,ilp=ilcosθ1sinωt

ilq为基波无功电流,ilq=ilsinθ1cosωt

in为高次谐波电流,

图2中,il=is+ic,即负载电流il由电源电流is和有源滤波器输出的电流ic共同提供,如果控制有源滤波器的输出电流,使il=in,则电源中就只有基波功率了,即is=ilp+ilq,从而达到抑制谐波的目的。总之,有源滤波器产生一个与电源谐波幅值相同,相位相反的谐波注入谐波源,即可以将谐波抵消掉,使之不回流入系统。经上述分析可以看到,有源滤波器可同时补偿无功功率,这只需使ic=ilq+in,则is=ilp,即电源中就只含基波有功电流,使电源电流成为正弦且电网功率因数为1。

根据前面对有源滤波器工作原理的分析,有源滤波器的特点如下:

1)有源滤波器可对各次谐波和分数谐波均能有效地抑制,并且可提高功率因数。

2)当系统阻抗和频率发生波动时,有源滤波器不会影响补偿效果。

3)有源滤波器不会产生谐振现象,并能抑制由于外电路的谐振产生的谐波电流。

4)用一台有源滤波器装置就可以实现对各次谐波和基波无功功率的补偿。

5)不存在过载问题,即当系统中谐波较大时,有源滤波器装置仍可运行,无需断开。

并联型有源电力滤波器采用的补偿策略不同,对不同的实际情况,获得的性能指标也不相同。本文设计的并联有源电力滤波器的控制目标是保证三相电源进线电流成为与对应负载电压相同的对称正弦电流。

[1] 杨军,王兆安,邱关源.并联型电力有源滤波器直流侧电压的控制[J].电力电子技术,1996(4):48-50.

[2] 王良,郝荣泰.三相不平衡有源无功和高次谐波补偿器控制系统的研究[J].电工技术学报,1996(4):31-35.

The Basic Working Principle of Shun t Active Power Filter

Li Zuxi
(College of Foreign Languages,Three Gorges University,Yichang,Hubei 443002,China)

By analysis of the basic working p rincip le of shunt active power filter,the paper conclude that for different compensation strategiesof shunt active power filter,different performance index was obtained.The control purpose of shunt active power filter is to guarantee the current of three-phase supply becoming the sy metrical sine wave current which is the same as corresponding load voltage.

shunt active power filter;harmonic wave;power factor

TN713+.8

A

1671-2544(2010)06-0044-02

2010-06-12

李祖喜(1965— ),男,湖北宜昌人,三峡大学外语学院语言中心高级工程师,硕士。

(责任编辑:邹礼平)