电力有源滤波器与无功补偿技术

1、电力有源滤波器与无功补偿技术电力有源滤波器与无功补偿技术叶选茂，杨茂（四川波宏电力滤波设计研究有限公司，成都：四川电力试验研究院，成都摘要：随着大功率开关器件的广泛应用，电力系统谐波抑制及无功补偿问题变得日益迫切电力有源滤波技术是解决上述问题的有效手段。首先简要介绍了电力有源滤波的特点及其分类，然后着重介绍串联型电力有源滤波器的结构、原理及控制策略，最后对技术应用中应考虑的一些问题作简单介绍。关键词；谐波；无功补偿；逆变器引言）具有自适应功能，可自动跟踪补偿变化着电力电子技术是科学技术发展的重要支柱，的谐波，即具有高可控性和快速响应性等特点。然而电力电子技术带来方便、高效、巨大利益的同它和传统

2、的无源滤波器相比，能对频率时，其非线性、冲击性和不平衡用电特性，给公用和幅值都变化的谐波进行迅速的跟踪补偿，是一电网供电质量造成严重污染，向公用电网注人大，种很有发展前途的谐波抑制手段。量的谐波和无功功率。电力有源滤波器的主电路一般由逆变在研究如何有效地抑制用户向电网注入谐波器构成。根据逆变器直流侧储能元件的不同，可和无功功率的同时还应看到，目前我国尚未达到分为电压型（如图）和电流型（如图对所有接人电网的污染用户进行百分之百治理的）。电压型的储能元件为电容，在工作时需水平，仍会有大量谐波注入电网，那么对特定的用对直流侧电容电压控制，使直流侧电压维持不变。户而言电网本身就是个谐波源，因此，研究采

3、用何因而逆变器交流侧输出为电压波。而电流种治理手段来提高那些对电能质量有高要求的特型储能元件为电感，在工作时需对直流侧电殊用户用电端的电能质量水平，就有着十分重要感电流进行控制，使直流侧电流维持不变，因而逆的现实意义，为此我们提出使用电力有源滤波器变器交流侧输出为电流波。（）来提高其用户端电能质量的方法。电力有源滤波器概述电力有源滤波器（，简称）是一种能动态抑制谐波和补偿无功的电力电子装置，是利用可控的功率半导体器件向电网注入与谐波源电流幅值相等、相位相反的电流，使电源的总谐波电流为零，从而达到实时补偿谐波图电压型有源滤波嚣）不仅能补偿各次谐波，还可抑制闪变、补偿无功，有一机多能的特点，在性价

4、比上较为合理；）滤波特性不受系统阻抗等的影响，可消除与系统阻抗发生谐振的危险；收稿日期：图电流型有源滤波器，电流的目的。具有以下几个特点：年电力电容器无功补偿技术论文集电压型的优点是损耗较少，效率高，是目前国内外绝大多数采用的主电路结构。电流型由于电流侧电感上始终有电流流过，该电流在电感内阻上将产生较大损耗，所以目前较少采用。但是电流型由于开关器件不会发生直通短路现象，随着超导储能磁体研究的进展，也将促进多功能电流型投入实用。按电路拓朴结构分类，电力有源滤波器可分为并联型、串联型、串一并联型和混合型。并联型主要适用于电流源型非线性负载的谐波电流抵消、无功补偿以及平衡三相系统中的不平衡电流等。目

5、前并联型有源滤波器在技术上已较成熟。串联型通过一个匹配变压器将有源滤波器串联于电源和负载之间。以消除电压谐波。平衡或调整负载的端电压，主要适用于电压源型非线性负载。混合型是在串联型有源滤波器的基础上使用一些大容量的无源滤波网络来承担消除低次谐波，进行无功补偿的任务，而串联的有源滤波器只承担消除高次谐振及阻尼无源网络与线路阻抗产生的谐波谐振的任务。串并联型组合了串联有源滤波器和并联有源滤波器的优点，能解决电气系统发生的大多数电能质量问题，所以又称之为万能有源滤波器或统一电能质量调节器（），该类有源滤波器的主要问题是控制复杂、造价较高。下面就一种基于电压型逆变器的串联型做详细介绍。串联型的系统结构

6、和工作原理串联型系统原理示意图如图所示，它是将有源滤波器的专用变压器串联在系统与负载之间。有源滤波器（）图串联型示意图串联型系统结构图如图所示，主要由谐波检测电路、控制电路、驱动电路及三相桥式逆变器四部分组成。其中，前三部分共同组成的控制电路。主电路采用构成的三相桥式电压型逆变器，和，用来滤除确啊逆变器自身产生的脉冲分量。这种电路结构的特点是：有源电力滤波器作为受控电压源，通过变压器串联在电源和负载之间。其输出的补偿电压抵消系统中的谐波电压，从而使负载端电压的波形为正弦波。，。图中仉一电源电压；一电源的内部等效阻抗；仉一串联型输出的补偿电压；乩逆变器直流侧电压；、抑制逆变器高频开关脉动的滤波器

7、中电感器、电容器。图串联型系统结构图为了说明串联型的基本工作原理，图给出了进行谐波电压补偿的一相等效电路。工作时，相当于一个与负载串联且受谐波电流控制的受控电压源，将负载侧负载电流、负电力有源滤波器与无功补偿技术载电压、有源滤波器电容电压作为控制对象，它产生一个倍于谐波电流的谐波电压以，而对基波来讲，其值为零。由图可知。当时，流人负载的谐波电流卅，从而使一。通过控制，让足够大，就能使流经负载的电流不含谐波成分，变为一正弦电流，最终完成对谐波的补偿。厂图中互是电源的内部等效阻抗；和分别代表电源基波电压和电源谐波电压；巩是负载的电压；，和分别为电源基波电流和电源谐波电流（，）图串联型等效电路示意图

8、当然，由于系统中的谐波成分较多，因此工程实际中不可能将系统中各次谐波电压都补偿掉，现实的做法是根据系统中含量较大的或者用户负载较为敏感的那些谐波成分来选择谐波电压补偿次数和补偿度。根据串联型的工作原理，可采用定时瞬时值比较控制方法，根据谐波电流“来获得控制信号。从而驱动主电路中电力开关器件，使逆变器实时产生与成比例的谐波电压仉，才能达到使有源电力滤波器对基波阻抗为零而对谐波呈现一定阻抗的目的，进而实现对变化的谐波进行实时跟踪补偿的目的。此外，为维持电容电压保持恒定，这是对控制系统的基本要求。电力有源滤波器的应用电力有源滤波器的应用一般应考虑以下几个）开关器件的选择，对于容量小于的时可采）为减小

9、逆变器向电网注入的开关纹波又感及无源纹波滤波器应仔细设计；）为保证逆变器直流侧电压的稳定，直流侧电容值应适当选择；）经济上的考虑。的技术构想早在年代就已提出，但直到年代技术才进入实际应用，其中一个重要原因就在于的实际成本价格太高。因此在选择应用时必须考虑其成本价格。结束语具有高度可控制和快速响应特性，并且能跟踪补偿各次谐波、自动产生所需变化的无功功率，因而已成为电力谐波抑制和无功补偿的重要手段。本文中介绍采用基于电压型变流器的串联型有源滤波器，用于抵消电网中谐波电压，使电力用户的电能质量达到可以容忍的范围，从而提高用电企业的安全稳定生产水平，具有较高的推广价值。随着我国对电网谐波污染治理日益重

10、视，“绿色电力电子”的呼声愈来愈高，电力有源滤披器必然会得到广泛地推广应用，给我国电力工业带来巨大的经济效益和社会效益。参考文献：韩英铎，严干贵，姜齐荣，等信息电力与技术电力系统自动化，。（）：。，（）：胡铭，陈衍有源滤波技术及其应用电力系统自动化，（），（）：作者简介：叶选茂（一），男高工，从事电力系统谐波治理及无功功率补偿等方面的研究工作。杨茂（一）。女，助理工程师，主要从事电力系统谐渡治理及无功功率等方面的研究工作。串联型的逆变器控制方法逆变器工作，控制系统还应能控制其直流侧方面的问题：一般采用，而容量大于用及多重化技术；不降低的补偿特性，电压型逆变器的输出电电力有源滤波器与无功补偿技术

11、作者：作者单位：叶选茂， 杨茂叶选茂(四川波宏电力滤波设计研究有限公司,成都 610047)， 杨茂(四川电力试验研究院,成都 610072)相似文献(10条)1.学位论文 邓剑琪 电力有源滤波器控制策略的研究 2004本文的研究内容是跟踪国外成熟电力有源滤波器的控制策略，重点介绍并讨论了基于瞬时无功理论、基于单位功率因数理论、基于单周控制理论的三种有源滤波器的控制策略。同时结合国内外标准和国外成熟产品样机的研究，提出了有源电力滤波器产品化所应该达到的性能要求，并阐述了国外有源电力滤波器产品化的趋势。在论文研究的基础上，研制了一台并联型有源电力滤波器实验装置，以此来进一步探讨、研究控制策略的实

12、际工作。2.学位论文 曹莹 并联型电力有源滤波器检测、控制策略的研究分析 2001论文对谐波和无功补偿问题进行研究.首先对目前比较常用的关联型有源滤波器的三种检测方法:基于瞬时无功理论的畸变电流pq检测法、i<,p>、i<,q>电流检测法、dq0坐标下广义瞬时无功理论检测法,进行了理论分析.指出在电压畸变的情况下,三种检测方法在检测基波有功电流方面存在一定的缺陷.在其基础上,经过研究,该文提出"基于dq坐标变换的电流矢量检测法",可以准确地检测了基波有功电流分量.详细叙述了并联型有源滤波器的几种控制策略,对其进行理论分析,指出它们在工程实现上的优缺点

13、.确定采用滞环电流比较法作为该文并联型有源滤波器的控制策略.对用并联型有源滤波器补偿负载谐波电流,进行了从检测到补偿控制过程的整体性仿真研究,证明该文所采用的检测和控制方法可以有效的补偿负载谐波电流和无功.研究用并联型有源滤波器补偿电压源谐波负载,指出在一定的条件下,它同样可以有效地补偿电压源谐波负载的谐波电流及其无功电流.3.期刊论文 谷雨.陈国柱.GU Yu.CHEN Guo-zhu 基于状态空间的电力有源滤波器控制策略 -机电工程2008,25(7) 基于状态空间法对通过LCL与电网连接的电力有源滤波器进行了建模,通过对LCL滤波器特性的分析,应用全状态反馈来抑制LCL滤波器的谐振.在建

14、模基础上把电网影响引入观测器设计,研究了电网建模对状态估计效果的影响,并解决了电网对APF补偿输出造成的无功问题.给出了电网电压前馈的规律.最后的仿真结果证明了该设计的正确性.4.学位论文 田新良 电力有源滤波器保护电路及多重化控制的研究 2009随着电力电子技术和自动化技术的推广，电力有源滤波器（APF）的研究不断取得新的突破。如何研制出稳定、实用、高性能和低成本的滤波装置已成为众多研发人员的共同目标。本文在“电压电流双闭环控制策略”的100KVA电力有源滤波器研究应用的基础上，针对实验中遇到的一些问题，对电力有源滤波器实用化过程中的各种保护电路和方法进行了研究，确保了有源滤波器的安全稳定运

15、行，为实现其工业化奠定了基础。同时，为了改进有源滤波器的补偿效果，提高有源滤波器的动态跟踪性能，扩展有源滤波器补偿带宽，增强有源滤波器的鲁棒性，对主电路的结构和控制策略进行了改进，提出了多重化瞬时值电流跟踪控制的控制方法，实现对谐波电流的动态实时补偿。本文对谐波的概念，谐波产生的原因及其危害进行了必要的分析，阐述了电力有源滤波器在国内外的发展现状，并对电力有源滤波器存在的问题及其发展趋势进行了介绍。详细介绍了“电压电流双闭环控制策略”的并联型电力有源滤波器的原理，谐波检测以及控制方法。分析了SAPF仿真模型，对参数变化时的仿真结果进行了比较，并基于实验样机对各种情况下的实际补偿效果进行了实验分

16、析。在此基础上，为了提高系统稳定性，本文对电力有源滤波器实用化过程中的各种保护电路和方法进行了研究，介绍了启动过程中电压电流渐变式控制的保护方案，正常运行过程中逆变器主回路的过流、过压、du/dt、di/dt、过热等预防保护，电网或装置自身故障时刻的紧急保护，并通过大量仿真和实验验证了上述保护电路和方法的可行性和效果。为了解决实验中遇到的一些问题，改进补偿性能提高系统动态跟踪性能扩展带宽增强鲁棒性，本文在电压电流双闭环控制策略的基础上，提出了SAPF多重化的控制策略，详细阐述了有源滤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，通过大量仿真，比较分析了该控制方法的先

17、进性。5.会议论文 李晖.吴隆辉.卓放.王兆安 一种新型的混合型APF控制策略及其对APF的容量影响分析 2008针对当并联电容器与并联电力有源滤波器组成的混合系统存在的稳定性问题，本文提出了一种新型的控制策略。首先提取了原有检测方法的等效模型，并进行了稳定性分析，针对目前采用的检测方法所存在的稳定性问题，提出了一种新型的控制策略，并对其等效模型进行了稳定性分析，且与原有检测方法得稳定性进行了对比，进行了实验验证。最后，对此控制策略对电力有源滤波器的容量影响进行了分析，并与原有的控制方法进行了比较。本文的结论可以为实际应用中混合型滤波器控制方法的选取提供理论意义上的指导。6.学位论文 郑丹 并

18、联型电力有源滤波器的谐波检算及控制策略研究 2007随着电力电子技术的发展以及各种用电设备对电能质量要求的不断提高，谐波抑制和无功补偿问题越来越得到人们的重视。有源电力滤波器作为动态抑制谐波和补偿无功的电力电子装置，对比其他无源滤波等装置有不可比拟的优势。本文对有源电力滤波器种类及拓扑结构进行比较，选择电压并联型有源电力滤波器作为研究对象。提出了一套有源滤波器的设计方案，重点研究了谐波电流检算方法和电压电流双闭环的控制策略。本文研究了基于瞬时无功理论的两种谐波电流检算方法pq法和ip-iq法以及由此衍生出来的旋转坐标电流矢量法。分别对三种方法做数学推导和仿真分析，并对网侧电压畸变等不同情况下三

19、种方法的谐波电流检算效果进行了对比分析。设计30阶无限长数字滤波器，在采样频率为5KHZ时的响应时间为6mS。讨论了两种电流跟踪控制方法，三角波比较法和滞环比较法，并根据IGBT开关频率要求提出定频滞环比较法，就三角波与定频滞环两种控制方式仿真比较其对补偿效果的影响。研究ip-iq法和dq0法在直流电压控制上的实现方法。本文设计了基于DSP：TMS320F2812的数字化控制系统，并采用C语言编写的算法控制软件。搭建了整套APF实验平台，完成了系统主电路和控制电路的设计与调试，在三相不控整流负载下实验，完成APF的基本功能。仿真和实验结果验证了谐波检算方法和控制方法的有效性。7.期刊论文 肖文

20、英.张忠贤 电力有源滤波技术及发展 -中国科技信息2006,""(8)介绍了电力有源滤波器的工作原理、基本分类及控制策略,概述了有源滤波器的发展现状.8.学位论文 万书红 基于电压空间矢量控制的电力有源滤波器 2006随着非线性负载的大量应用，电网中的谐波含量日益增加，造成电能质量恶化。电力有源滤波器以其优越的补偿性能，已成为电力电子技术领域的研究热点之一。本文首先介绍了电网中谐波问题的定义、产生与危害，以及谐波治理的主要方法。然后介绍了并联型电力有源滤波器的工作原理。在介绍目前常用的并联型电力有源滤波器的补偿分量检测方法的基础上，采用了基于等功率法的补偿分量检测方法。论文

21、对比分析了并联型有源滤波器的几种控制策略，指出它们在工程实现上的优缺点。将应用于变频器中的电压空间矢量控制法作为本文并联型有源滤波器的控制策略。仿真结果证明了检测及控制方法的正确性。最后，介绍了本人设计的基于TMS320LF2407A DSP控制的并联型三相三线电力有源滤波器实验装置，对硬件电路及其参数进行了设计和计算，控制算法通过编程实现。实验结果与分析结果一致，进一步验证了所提出的简单数字化控制方法的正确性和有效性。9.期刊论文 李华 电力有源滤波器发展现状及应用 -自动化与仪器仪表2004,""(5)电力有源滤波器对带非线性负载的交流电网进行谐波抑制和无功补偿已经是一项比较成熟的技术.本文就有源滤波器的拓扑结构、谐波和无功的检测以及补偿的控制策略进行了详尽的综述,概述了有源滤波器的发展现状,并对有源滤波器的应用前景进行了展望.10.学位论文 毛鹏 基于DSP的三相并联型电力有源滤波器的研究 2006随着功率开关器件的大量应用，以及用户对电能质量要求的不断提高，以谐波治理为目的的各种电力电子装置应运而生。其中，三相并联型电力有源滤波器最具代表性。本文针对工业用户中普遍存在的谐波污染问题，对三相并联型电力有源滤波器进行了重点研究。主要从工程应用角度出发，对检测和补偿两个环节进行了研究和设计，为有源滤波