电网中有源滤波器无功补偿技术研究_电力/水利_工程科技_专业资料。—— 一、应用背景 二、LC调谐滤波器 三、有源滤波器 电力系统作为另一种“环境”，也同样面临着污染 问题 “污染源”：谐波、无功功率 电网 晶闸管整流设备，如 开关电源 谐
—— 一、应用背景 二、LC调谐滤波器 三、有源滤波器 电力系统作为另一种“环境”，也同样面临着污染 问题 “污染源”：谐波、无功功率 电网 晶闸管整流设备，如 开关电源 谐波 变频设备，如水泵、 非线性 电梯等 负载 电弧炉、电石炉 气体放电类电光源， 如荧光灯 家用电器，如变频空 调 （1）谐波使设备产生附加谐波损耗，降低配电设 备及用电设备的效率 （2）谐波会影响各种电气设备的正常工作。谐波 引起过电压、过电流使变压器严重过热；使电容器、 电缆过热，绝缘老化，寿命缩短 （3）谐波会引起公用电网局部谐波放大，甚至并 联谐振和串联谐振 （4）谐波导致继电保护和自动装置的误动作和拒 动作 1、对电力电子装置本身进行改进，使其不产生谐波 2、补偿 传统方法：LC调谐滤波器（无源滤波器） 新方法：有源滤波器(Active Power Filter，APF） 无功的产生：非线性元件的使用，电流与电压存在 相角。 Q=UIsinφ Q表示了有能力交换而并不消耗能量 Q表示了这种能力交换的幅度 无功的危害：导致电源（电网）效率降低，电网供 电能力下降，增加损耗。如不采取措施补偿无功， 可能导致电网故障。如大停电 补偿技术：同步调相机，并联电容器，静止无功补 偿装置（SVC)，静止无功发生器（SVG） 工作原理：利用电容、电感、电阻的组合设计构成 的滤波电路，可滤除某一次或多次谐波。 基本滤波电路 （1）电容滤波 （2）C-R-C滤波 （3）L-C电感滤波 （4）C-L-C滤波 优点：结构简单、成本低廉、运行成本可靠性较高、 运行费用减低 缺点： （1）受系统影响，存在谐波放大和共振的危险 （2）频率影响，谐振点偏移，效果降低 （3）负载影响，可能因超载而损坏 工作原理：利用可控的半导体器件向电网注入与谐 波源电流幅度相等、方向相反的电流，使电源总谐 波电流为零 特点：1）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，在性价比上较为合 理； 2）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 3）具有自适应功能，可自动跟踪补偿变化着的谐 波，即具有高可控性和快速响应等特点 按逆变器直流侧储能元件的不同 并联型 设当电源Us单独作用时 iS iL , iS isf ish 其中，isf是基波电流，ish是谐波电流 希望APF产生的电流 iC ish ，让APF 产生的谐波电流抵消谐波电流。 APF可以等效为一个受谐波电 流控制的电流源 实现此类APF的核心问题：产生谐波电流 方法： ? 直接检测出谐波电流和无功大小ic，这类方法实现较复杂 ? 直接检测出基波或有功电流iS，以及负载电流iL，根据 叠加定理求出补偿电流 主要适用场合 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 优点：既可以滤波，也可以进行无功补偿。 缺点：检测受电源侧线路阻抗与电源阻抗影响。 APF可以等效为一个受控 电压源，uAF=K*ish iS isf ish 其中is是电源电流，usf是 基波电压，ush是谐波电压 Isf是基波电流，ish是谐波 电流 图5 串联型APF等效电路图 主要使用于电压源型非线性负载，它是通过一个匹 配变压器将有源滤波器串接于电源和负载之间，以 此消除电压谐波，平衡或调整负载端电压 优点：既可以滤波，又可当电压调节器使用 缺点：补偿范围受限。主要受串联在电路中的变压 器影响 分析方法与前两种方法类似，此类APF兼有串、并联型 的优点，又把两者各自缺点给弥补了，可以解决绝大多 数电能质量问题，被称为万能APF，但是造价昂贵。 APF具有高度可控制和快速响应特性，并且可以实 时跟踪补偿各次谐波、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。 随着我国对电网谐波污染治理日益重视，“绿色电 力电子”的呼声越来越高，电力有源滤波器必然会 得到广泛的推广应用，给我国电力工业带来巨大的 经济效益和社会效益。 对于并联型APF，电源侧有 iS iL iC 2I1 sint 1 由上式可见，电源侧为基波电流，高次谐波已经被虑 除。当补偿电源的输出电流为 iC 2 Ik sinkt k 2I1 sin1 cost 则电源侧电流为k 2 iS iL iC 2I1 cos1 cost 可见，此时补偿电源既可以滤波，又可以实现无功补 偿。 电力系统中谐波和无功电流的检测方法主要分为频 域和时域两大类。频域检测方法主要有两种：①三 相电流快速傅里叶分解以求得补偿分类 ②直接使 用带通滤波器等设备检测各补偿分量。时域检测方 法有多种：①目前使用最多的是基于瞬时无功功率 理论的电流检测法，根据瞬时无功功率理论，通过 分理出三相电流中的有功和无功电流就能获得谐波 电流。 ②自适应干扰对消法及基于人工神经网络 的自适应检测法。③同步检测法。④小波变换提取 基波分量的方法。⑤基于最小补偿电流的（LCC)畸 变电流的检测方法。
