浅谈电力系统被动型谐波的抑制技术滤波电抗器

时间：2019-05-19 03:27:07　来源：柠檬阅读网本文已影响人

　　【摘要】被动型谐波抑制技术包括无源滤波器、有源电力滤波器（简称APF）及混合型APF等。本文主要对以上几种谐波抑制方法进行了分析探讨。　　【关键词】电力系统；被动型谐波；抑制技术
　　一、无源滤波器
　　无源滤波器工作原理是其为谐波提供一条低阻抗路径，即保留基波而使谐波短路，谐波通过滤波器而不注入系统。由滤波电容器、电抗器和电阻器适当组合而成的滤波装置，与谐波源并联，只要将滤波器的谐振次数设定为需要滤除的谐波次数，则该次谐波大部分流入滤波器，既可补偿谐波，同时电容还可补偿无功功率，改善电网的功率因数。无源滤波器结构简单，设备投资较少，运行可靠性较高，运行费用较低，一直被广泛应用。其主要缺点是补偿频带窄，只能消除特定的几次谐波，而对其他某些次谐波会发生放大作用，补偿特性易受电网阻抗和运行状态影响，易和系统发生并联谐振，导致谐波放大，从而使滤波器过载甚至烧毁。此外，滤波装置笨重，体积大，损耗大。
　　二、APF
　　（1）APF特点。APF已成为目前谐波抑制最重要的解决手段。APF与无源滤波器相比，具有高度可控性和快速响应性，不仅能补偿各次谐波，还可抑制电压闪变，补偿无功电流，性价比较为合理，相对无源滤波器体积和重量较小。另外，APF具有自适应功能，可自动跟踪补偿变化着的谐波。实现了动态补偿，能对频率和幅值都变化的谐波进行补偿，补偿谐波时所需要的储能元件不大，对补偿对象的变化有极快的响应速度。（2）APF的工作原理及分类。APF按与系统连接方式的不同可分为串联型、并联型和串一并联型。目前应用最多的为并联型APF。滤波器从补偿对象中检测出谐波电流，经指令电流运算电路计算得到补偿电流的指令信号，该信号经补偿电流发生电路放大，得出补偿电流。由补偿装置产生的补偿电流与谐波电流大小相等而极性相反，补偿电流与谐波电流相加后电网只含基波电流分量。它与系统相并联，可等效为受控电流源，主要适用于具有电流源性质的谐波源。它能对谐波和无功电流进行动态补偿，并且补偿特性不受电网阻抗影响。其容量取决于母线电压有效值与补偿电流有效值的乘积。目前这类APF技术已相当成熟，大多数工业运行的APF多属此类滤波器。串联型APF与系统串联，可等效为受控电压源，主要用于消除带电容滤波的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。由于此类APF中流过的电流为非线性负载电流，因此损耗较大。串并联型APF是指串联APF和并联APF的混合使用。由于其功能丰富，结合了串联型APF和并联型APF的优点，也称通用电能质量控制器（UPQC），它既能补偿负载侧的谐波，也能补偿电网侧引起的谐波问题；还能补偿电流谐波、电压谐波以及各种电压质量问题。串联的APFl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APF2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。主要缺点是控制方法复杂，成本较高。（3）APF的关键技术。APF的关键技术为谐波电流的检测。谐波电流的检测方法有负载电流检测和电源电流检测等方法，工程实践中，用负载电流的检测方法与用电源电流的检测方法之比为10:1。负载电流检测，是一个前馈系统；电源电流检测，可以组成一个闭环系统。从实际使用效果来看，检测电源电流方式进行补偿的结果比只检测负载电流方式的补偿效果好。目前常用的谐波检测方法有基于傅里叶分析的检测方法、采用神经网络（NN）的检测方法和基于瞬时无功功率理论的检测方法。
　　三、混合型APF
　　由于有源滤波器的价格远高于无源滤波器，新的综合电力滤波系统由传统无功补偿滤波器和小容量有源滤波器构成，称为混合型滤波器。它与被补偿的谐波负载并联连接，大大提高了无源滤波器的滤波效果，同时价格也比全部使用有源滤波器大大降低。混合型APF，把无源滤波器补偿容量大和有源滤波器补偿灵活的优点结合在一起。在混合结构中，无源滤波器承担大部分的谐波补偿，APF是对无源滤波器补偿的优化和补充。混合型滤波器中的无源滤波器不再受电网参数变化的影响而导致性能降低，同时也抑制了电网和无源滤波器可能的谐振，如果采用串联谐振来分压，则可以使APF的主电路不承担基波电压，从而大大降低APF的容量。但由于并联无源滤波器的影响，负荷的等效谐波阻抗将减小，当其不满足远大于电网谐波阻抗的条件时，APF的补偿特性将受电网阻抗的影响，而且APF的谐波补偿电流还可能注入无源滤波器中。因此对于混合型有源电力滤波器除了要求无功补偿电容器安装在有源滤波器的电网侧外，还需对APF和无源滤波器的设计进行特殊考虑。
　　近年来，谐波抑制有了进一步的发展，出现了许多新的防治技术和思路，如开发绿色变频器。但其应用还需进一步的研究试验。

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