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电力有源滤波器的分类

电能质量网谐波治理及无功补偿服务平台  来源:电力设备网  日期:2015-06-24
关键词:并联型有源滤波器,串联型有源滤波器,混合型有源滤波器

根据电力有源滤波器接入电网的方式,可将其系统构成分为三大类,即并联型有源滤波器,串联型有源滤波器和混合型有源滤波器。

一、并联型有源滤波器

一般情况下,并联型有源滤波器有三种使用方式,单独使用方式、与PF混合使用方式以及注入电流方式。

1、并联APF单独使用方式

图为单独使用方式的并联型有源滤波系统的构成拓扑。它是有源滤波器中最基本的形式,它可产生与负载谐波大小相等,方向相反的补偿电流,从而将电源侧电流补偿为正弦波。并联型有源滤波器主要用于感性电流源型负载的补偿,它也是工业上已投入运行最多的一种方案,但由于电源电压直接加在逆变桥上,因此对开关元件的电压等级要求高;负载谐波电流含量高时要求这种APF的容量必须很大,同时具备大的补偿容量和宽的补偿频带比较困难。

单独使用的APF接线方式

2、与PF混合使用方式

为克服单独使用时面临的缺点,并联型APF常常与PF混合使用。就与PF混合使用的形式来说又可分为两种:一种是有源电力滤波器与无源滤波器并联;另一种是有源电力滤波器与无源滤波器串联。图3(a)是并联型APF与PF并联的结构图。APF与PF并联接入电网,共同承担补偿谐波的任务。PF主要补偿较高次的谐波,是一个高通滤波器,它一方面用于消除补偿电流中因主电路中器件通断而引起的谐波,另一方面它可滤除补偿对象中次数较高的谐波,从而可降低对APF主电路中器件开关频率的要求。图3(b)为并联型APF与PF串联使用的结构图,该方式中,APF的用于改善PF的滤波特性,克服PF易受电网阻抗影响和易与电网阻抗发生谐振缺点。而谐波和无功主要由PF补偿,而这种方式中,APF不承受交流电源的基波电压,因此装置容量比较小。并联混合型有源电力滤波器具有安装、维护简单的优点,可以直接在已有的无源滤波器上进行改造,因此并联混合型电力有源滤波器的使用最为广泛。

并联型APF与PF串联使用接线图

3、注入电路方式

注入电路方式又可分为与LC串联谐振注入电路方式和与LC并联谐振注入电路方式两种。这种方式可降低APF的容量,它是用电感和电容构成注入回路,利用电感电容电路的谐振特性,使得APF只需承受很小部分的基波电压,从而使APF容量减小。


二、串联型有源滤波器

串联型APF的包括单独使用方式和与无源滤波器混合使用方式两种。这种装置相当于一个电压控制电压源,通过对电源电压中的谐波分量的检测,产生与之相反的附加电压信号,从而实现系统与谐波的隔离,使电源端电压恢复正弦波形。这种方式的特点是有源滤波器作为电压源串联在电源和基波源之间,它主要用于消除带电容二极管整流电路等,电压型谐波源负载对系统的影响,以及系统侧电压谐波与电压波动对敏感负载的影响。

与并联型APF相比,由于串联型APF中流过的是正常负荷电流,因此损耗较大;此外,串联型APF的投切,故障后的退出及各种保护也较并联APF复杂。因此,目前应用较多的是串联型APF与PF混合使用方式。该方案的特点是谐波基本由PF补偿,而APF作用只是改善PF的滤波特性。


三、混合型有源滤波器

混合型是指串联APF和并联APF的混合使用。串联的APFI将电源与负载隔离,阻止电源谐波电压传入负载端,同时也阻止了负载中的谐波电流污染电网;并联的APFII则提供了一个低阻抗的谐波电流支路,用于吸收负载中的谐波电流,阻止负载中的谐波电流在电源端产生额外的谐波电压。

这种混合型APF结合了串联型APF和并联型APF的优点,又称为统一电能质量调节器(UPQC)。混合型APF结构的主要缺点是控制方法复杂,成本较高。

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