有源滤波的工作原理及指令电流的合成方法

辛玉刚

摘要：虽然在功能和工作原理上和光伏逆变器不同，但他们向电网回馈的能量是由指令操作完成的，所以都属于逆变源。因此在一套系统中可以同时实现有源电力滤波功能和光伏并网发电，提高逆变器利用率的同时节省了大量的投资，在利用太阳能的同时也大大提高了电网的质量。

关键词：有源滤波，太阳能，逆变器

一、光伏发电工作原理

按照与电力系统的关系光伏发电系统可分为独立光伏发电系统、并网光伏发电系统两种。独立光伏发电系统对谐波治理通常没有具体的要求，在实验室条件下，光伏电池板将光能转换为电能的转换率为25%，在实际运行中，一般达到10%甚至更低。如果配电网的电能由光伏电池板直接提供，那么逆变器直流侧电压在光伏并网发电时，需要维持在650伏左右，因此，我们就要使用很大面积的电池板，务必造成过高的成本，同时受环境的影响也变大。在实际应用中，光伏逆变系统与配电网之间的电压不匹配问题就用变压器来解决。

三级功率传输直-直-交和二级传输直-交两种结构都是为光伏发电逆变系统的主要结构，分别如图所示。在DC-DC-AC结构光伏逆变系统中，实质上是由DC-HFAC-DC-LFAC构成的的光伏逆变系统，也就是说由逆变器将与配电网相连的直流电压升到很高。DC-AC的光伏逆变器结构中，并网电流是由逆变器将与配电网相连光伏电池板直流电压通过工频变压器直接产生的。这两种结构区别在于：DC-DC-AC结构光伏逆变器中使用了常见的DC-DC环节进行升压，其结构简单，体积小，成本低，但效率较差；二级功率传输结构则使用了一般变压器，体积大，成本高，但是却大大的提高了逆变的效率。

二、 APF与光伏系统逆变器区别

它们都具有相同的逆变部分，他们仅仅是在直流侧有着部分不同。通过比较可知，在接入电网的方式上并联型有源电力滤波器与光伏并网逆变器的主电路结构基本上一样。并联型有源电力滤波器与光伏并网逆变器的统一控制是本章研究的主要内容。我们分析后得出两者有如下共同点：

1：都是电流控制电流源，他们的逆变器类型都是一样的即电压源型。也就是说在直流侧电压接入相同的系统时对其大小的要求也是一样的，电容需要选择容量很大的纹波特性很好的大电容。

2：主电路具有相同的结构。我们研究对象一般都是三相四桥臂，因为不论是那种桥臂都可以应用于此系统中。

但是由于两者的工作原理和目的不一样，因此在设计上有如下区别[29，30]：

1：输出电流频率不同。有源电力滤波器的作用就是向电网馈送各次谐波电流，谐波电流频率的范围在150Hz～1250Hz之间，而且有源电力滤波器本身就是一个谐波电流源。

2：输出滤波电路的设计不同。因为两者输出的电流频率有很大的差异，所以输出滤波电流有较大不同。光伏并网逆变器的输出滤波电路主要是为了防止高次谐波进入电网，截止频率取值较低。

经过上面的分析可以得出：

二者无论是在主电路还是直流侧储能都是一样的，不同之处只在于控制方式的选择和输出滤波电路。我们要想在一个系统下实现两者的转换必须设计一种算法来完成，实际上，目前这方面的工作在国内外已经展开。

三、 APF和光伏并网发电系统的统一控制

光伏发电系统受到气候、昼夜交替的影响，但是滤波器的工作则控制更为灵活，而且不受上述因素大的限制。在光伏并网发电系统中，只有稳定的电压才能输出最大的功率，只有找出这个最佳的电压点才能达到最大的利用率。

因此，为了充分发挥太阳能的作用，提高并网发电系统的利用率，我们在将它们进行统一控制的时候，就以光伏并网一同为依据。在天气晴朗的白天，首先进行最大功率的跟踪太阳能，将逆变器剩余的容量进行有源电力滤波的同时将光伏能量尽量转换为电能并网；夜间，逆变器直接用作有源电力滤波器，做到对谐波尽可能的无功补偿，并大大提高了电网的供电质量。

为了统一控制光伏并网发电和有源电力滤波，我们通常采用利于谐波补偿的直-直-交三次功率变换传输的逆变器构架。统一控制的工作原理图如图采用直-直-交三次功率变换传输的光伏逆变构架，在其变换的直流侧采用电流环，目的是为最大功率点跟踪算法提供电流的数据，实时跟踪输出最大功率，使系统的发电效率提高到最大；而逆变电路的直流侧的稳定电压是由直流侧的电压闭环系统来保障的。

参考文献

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