提高电网功能质量的抗干扰技术

文章摘要：3.2 有源电力滤波器的应用 APF是一种新型可动态抑制谐波的PE装置。其滤波方式为:先从补偿对象中检测出谐波电流，再利用可控的功率半导体器件(补偿装置)向电网注入与谐波源谐波分量(I或U)幅值相等、相位相反的谐波分量(I或U)，使电源的总谐波为零，达到实时补偿谐波的目的。经经验证明，APF是抑制谐波和补偿无功的理想和灵活的可行方案，下面予以重点介绍。4 有源电力滤波器(APF) APF是抑制电网谐波和补偿无功功率、改善电网供电质量的最有效PE装置。大多数APF拓扑均利用电压源逆变器，并通常以电容器作为贮能器件如图1所示。以适当选通可控的功率半导体开关，把直流电压变换成交流电

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3.2 有源电力滤波器的应用
     APF是一种新型可动态抑制谐波的PE装置。其滤波方式为:先从补偿对象中检测出谐波电流，再利用可控的功率半导体器件(补偿装置)向电网注入与谐波源谐波分量(I或U)幅值相等、相位相反的谐波分量(I或U)，使电源的总谐波为零，达到实时补偿谐波的目的。经经验证明，APF是抑制谐波和补偿无功的理想和灵活的可行方案，下面予以重点介绍。

4  有源电力滤波器(APF)
     APF是抑制电网谐波和补偿无功功率、改善电网供电质量的最有效PE装置。大多数APF拓扑均利用电压源逆变器，并通常以电容器作为贮能器件如图1所示。以适当选通可控的功率半导体开关，把直流电压变换成交流电压。虽然，为合成交流电压能施加每半周的单脉冲，但对大部分应用中要求的动态性能，今天普遍采用的是脉宽调制(PWM)。

图1    电压源逆变器的APF拓扑

     为产生任意波形的交流电压，将PWM技术应用到直流母线电压斩波的电压源逆变器上。现有很多能组成正弦波或任意波形的PWM技术，利用PWM技术，不仅允许控制逆变器作为电压源，也可作为电流源以控制滤波器的交流输出。图2为所利用的最普通的三角载波(TC)技术，这是最简单的线性控制方法，是将有固定幅值的和固定三角波的输出电流误差进行比较。迫使开关周期内的输出电压Va限定于Vcar的载波周期内，并等于调制波Varef的平均幅值。正弦调制波的合成电压含正弦基波分量Va(f)和不希望的谐波分量，利用尽可能高的频率载波，可使这些不想要的谐波成分减到最小，但这取决于半导体功率器件(IGBT、 GTO或IGCT)的最大开关频率。

图2     PWM载波技术(三角载波)

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图5中:is为电网电流;
      iL为负荷电流;
      iF为补偿电流;
      iL＝基波分量iL1+高次谐波分量iLh+无功分量iLq。
图5中各电流满足关系式:is=iF+iL，如果由APF提供的补偿电流iF=-iLh-iLq，则is=iL1，即电网电流只含基波分量，起到滤波作用。并联型APF主要适用于电流型非线性负荷谐波电流的抵消以及补偿无功和三相不平衡等。

图6     为补偿负荷谐波的电流波形和PWM电压

4.2 串联APF
     串联型APF是从1980年未引用于电网的，它主要作为电压调节器及电网与非线性负荷之间的谐波隔离器而工作的。图7为串联APF的接线图，通过匹配变压器将APF串联于电源和负荷之间，以消除电压谐波、平衡或调正负荷的端电压，可确保用户供电的电压质量，尤其适合于补偿交流电源及小功率应用中的电压不平衡与电压的下陷。因不需能量贮备(蓄电池)，元器件的总定额较小，对UPS更为经济有效。串联APF注入与电源电压串联的电压分量，故可视为一可控的电压源，补偿负荷侧的电压下陷和上凸。但串联型APF损耗较大，且各种保护电路也较复杂，故很少单独使用。经常用它与无源LC滤波网络组成混合型APF。如图 7所示，无源LC滤波器与负荷并联，串联型APF的工作如同一台谐波隔离器，迫使负荷电流谐波主要通过无源滤波器循环，而不经过配电系统。此方案的优点是:串联APF的额定功率仅为负荷定额(KVA)的一小部分，通常为5％。但在电压补偿时，串联APF的视在功率定额可能增加。图8是串联滤波器为补偿负荷侧电压谐波的工作原理图。串联APF还可用于抗基波电压的干扰。图9所示为电源电压偶然跌落时串联APF所起的作用。如图8所示，负荷电压几乎保持恒定，仅在电源电压跌落的起始和最后瞬间，出现了很小的不稳定和振荡。

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