有源电力滤波器

发展

　　近年来，随着电力电子技术的广泛应用，电能得到了更加充分的利用。但电力电子装置自身所具有的非线性也使得电网的电压和电流发生畸变，这些高度非线性设备数量和额定容量的日益增大使得电力系统谐波污染问题日益严重，已成为了影响电能质量的公害，对电力系统的安全、经济运行造成极大的影响；而另一方面供电方及其电力系统设备、用户及其用电器对电能质量的要求越来越高，这一矛盾使得人们对谐波污染问题越来越重视。据《中国电力》报道，我国仅由电能质量问题造成的年电能损失就高达400多亿元，冶金、铁路、矿山等企业的谐波严重超标，因谐波问题导致的开关跳闸、大面积停电甚至电力系统解列等事故也屡见不鲜，因此对电力系统的谐波污染进行综合治理已成为摆在科技工作者面前的一个具有重要现实意义的研究课题。而有源电力滤波器

　　由于具有高度可控性和快速响应性，能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，因而受到广泛的重视，成为目前国内外供电系统谐波抑制研究的热点。

分类

　　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－并联型和混合型。

　　图1 并联型有源滤波器

　　图1所示为并联型有源滤波器的基本结构。它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。目前并联型有源滤波器在技术上已较成熟，它也是当前应用最为广泛的一种有源滤波器拓补结构。

　　图2 串联型有源滤波器

　　图2所示为串联型有源滤波器的基本结构。它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。与并联型有源滤波器相比，串联型有源滤波器损耗较大，且各种保护电路也较复杂，因此，很少研究单独使用的串联型有源滤波器，而大多数将它作为混合型有源滤波器的一部分予以研究。

　　图3混合型有源滤波器

　　图3所示为混合型有源滤波器的基本结构。它是在串联型有源滤波器的基础上使用一些大容量的无源L-C滤波网络来承担消除低次谐波，进行无功补偿的任务。而串联型有源滤波器只承担消除高次谐振及阻尼无源LC网络与线路阻抗产生的谐波谐振的任务。从而使串联型有源滤波器的电流、电压额定值大大减少(功率容量可减少到负载容量的5%以下)，降低了有源滤波器的成本和体积。从经济角度而言，这种结构形式在目前是一种值得推荐的方案。但随着电力电子器件性能的不断提高，成本不断下降，混合型有源滤波器可能被下面一种性能价格比更高的有源滤波器代替。

　　图4 串－并联型有源滤波器

　　图4所示为串－并联型有源滤波器的基本结构。它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，所以又称之为有源滤波器或统一电能质量调节器(UPQC)，该类有源滤波器的主要问题是控制复杂、造价较高。

特点

　　1、并联接入，便于安装与维护；

　　2、同时滤除多达20多种谐波；

　　3、可滤除到第50次谐波；

　　4、主动滤波，保持谐波含量小于5%；

　　5、动态实时跟踪补偿，响应速度快；

　　6、滤波效果不受电网阻抗影响；

　　7、自动抑制过载，且无共振危险；

　　8、可以多模块并联运行；

　　9、可同时补偿谐波与无功；

　　10、无高频纹波电流干扰；

　　11、滤波效率高，电能损耗低；

　　12、多重保护功能，确保系统运行安全可靠；

　　13、数字化控制，中文液晶显示；

　　14、故障自诊断功能，历史事件记录功能；

　　15、RS485接口，标准MODBUS通讯协议，计算机远程监控功能。

作用

　　1、通过抑制谐波，净化电网，节约综合用电相关费用8％-20％，使用该设备能快速、有效收回投资成本（一般不超过两年）；

　　2、节约电力变压器、电缆扩容费用，提高电力变压器使用寿命；

　　3、滤除谐波，保障供电安全，避免用电事故（如电气火灾，或者因用电故障停产）；

　　4、滤除谐波，延长电子设备及元器件寿命，如无功补偿电容器；

　　5、提高功率因数，功率因数可达到0.95-1（满足电力对企业用电的要求，避免高额处罚，甚至停止供电）。