有源電力濾波器有哪些種類？ANAPF有源電力濾波器的介紹

安科瑞徐赟杰

銷售工程師18706165067

前言

我們都知道諧波對(duì)公用電網(wǎng)、電氣設(shè)備和通信系統(tǒng)都會(huì)有不同程度的影響。電網(wǎng)中的諧波會(huì)導(dǎo)致電機(jī)的附加損耗，增大機(jī)械振動(dòng)、噪聲和過電壓，使變壓器局部嚴(yán)重過熱。諧波使電容器、電纜等設(shè)備過熱、絕緣老化、壽命縮短，以至損壞。諧波會(huì)引起公用電網(wǎng)中局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，從而使諧波放大甚至引起嚴(yán)重事故。

目前解決諧波比較好的方案是引入APF有源電力濾波器，它由指令電流運(yùn)算電路和補(bǔ)償電流發(fā)生電路兩個(gè)主要部分組成。指令電流運(yùn)算電路實(shí)時(shí)監(jiān)視線路中的電流，并將模擬電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，送入高速數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，將諧波與基波分離，并以脈寬調(diào)制（PWM）信號(hào)形式向補(bǔ)償電流發(fā)生電路送出驅(qū)動(dòng)脈沖，驅(qū)動(dòng)IGBT或IPM功率模塊，生成與電網(wǎng)諧波電流幅值相等、極性相反的補(bǔ)償電流注入電網(wǎng)，對(duì)諧波電流進(jìn)行補(bǔ)償或抵消，主動(dòng)消除電力諧波。通過下文內(nèi)容讓讀者了解到有源電力濾波器有哪些常見的分類。

根據(jù)有源電力直流儲(chǔ)能元件分類

根據(jù)有源電力濾波器主電路直流側(cè)儲(chǔ)能元件的不同，可分為APF有源電力濾波器的類型有：電壓型APF和電流型APF。電壓型APF采用一個(gè)大電容作為儲(chǔ)能元件接在變流器的直流側(cè)，功能等效于一個(gè)電壓源，電流型APF主要在變流器的直流側(cè)接一個(gè)電感作為儲(chǔ)能元件，其功能等效于一個(gè)可控的電流源，以補(bǔ)償非線性負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流。電壓型和電流型的APF結(jié)構(gòu)圖如下所示：

電流、電壓型APF結(jié)構(gòu)圖

電壓型APF的優(yōu)點(diǎn)是開關(guān)損耗少、濾波效濾高，是絕大多數(shù)APF采用的主電路結(jié)構(gòu)。電流型APF直接輸出諧波電流不僅可以補(bǔ)償正常的諧波，而且可以補(bǔ)償分?jǐn)?shù)次諧波和超高次諧波，并且不會(huì)由于主電路開關(guān)器件的直通而發(fā)生短路故障，因而在可靠性和保護(hù)上占有優(yōu)勢(shì)。

根據(jù)接入電網(wǎng)方式分類

有源電力濾波器根據(jù)電網(wǎng)接入方式的不同，主要分為并聯(lián)型APF、串聯(lián)型APF、混合型APF。

并聯(lián)型有源濾波器

并聯(lián)型APF主要是將有源電力濾波器的主電路和負(fù)載并聯(lián)接入電網(wǎng)，它通過注入補(bǔ)償電流來補(bǔ)償電流型負(fù)載的諧波、無功和負(fù)序電流。目前并聯(lián)型有源濾波器在技術(shù)上已較成熟，它也是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的一種有源濾波器拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)圖如下所示：

并聯(lián)型APF結(jié)構(gòu)圖

串聯(lián)型有源濾波器

串聯(lián)型APF主要用于消除電壓型諧波源對(duì)系統(tǒng)的影響，而其中流過的是正常負(fù)載電流，因此損耗較大，故一般較少使用。且各種保護(hù)電路也較復(fù)雜，因此很少研究單獨(dú)使用的串聯(lián)型有源濾波器，而大多數(shù)將它作為混合型有源濾波器的一部分予以研究。其結(jié)構(gòu)圖如下所示：

串聯(lián)型APF結(jié)構(gòu)圖

混合型有源濾波器

由于交流電源的基波電壓直接或經(jīng)過變壓器施加到變流器上，且補(bǔ)償電流基礎(chǔ)由變流器提供，故要求變流器具有較大的容量，為了克服這一缺點(diǎn)，提出了與無源濾波器混合使用的APF。由于無源濾波器與有源電力濾波器相比，其優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡單、成本低、易實(shí)現(xiàn)，而有源電力濾波器的優(yōu)點(diǎn)是補(bǔ)償性能好，兩者混合使用，既可克服有源電力濾波器容量大、成本高的缺點(diǎn)，又可以使系統(tǒng)獲得良好的性能。常見的混合型有源濾波器的搭配方式為與LC濾波器并聯(lián)使用的并聯(lián)型APF，與LC濾波器串聯(lián)使用的并聯(lián)型APF，以及與LC濾波器混合使用的串聯(lián)型APF。其結(jié)構(gòu)圖如下所示：

混合型有源濾波器

根據(jù)接入系統(tǒng)的不同的分類

根據(jù)接入系統(tǒng)的不同，可分為單相有源電力濾波器、三相三線有源電力濾波器和三相四線有源電力濾波器。

根據(jù)主電路的形式分類

有源電力濾波器可分為單個(gè)主電路有源電力濾波器和多重化主電路有源電力濾波器。后者可以增大有源電流濾波器的容量，提高等效開關(guān)頻率，減少單個(gè)器件開關(guān)損耗，改善補(bǔ)償電流的跟隨特性。

ANAPF有源電力濾波器

ANAPF有源電力濾波器功能：

ANAPF系列有源電力濾波器通過電流互感器采集系統(tǒng)諧波電流，經(jīng)控制器快速計(jì)算并提取各次諧波電流的含量，產(chǎn)生諧波電流指令，通過功率執(zhí)行器件產(chǎn)生與諧波電流幅值相等方向相反的補(bǔ)償電流，并注入電力系統(tǒng)中，從而抵消非線性負(fù)載所產(chǎn)生的諧波電流。

ANAPF有源電力濾波器應(yīng)用范圍：

適用于并聯(lián)在含諧波負(fù)載的低壓配電系統(tǒng)中，能夠?qū)?dòng)態(tài)變化的諧波電流進(jìn)行快速實(shí)時(shí)的跟蹤和補(bǔ)償。

綜上所述，ANAPF有源電力濾波器是一種功能強(qiáng)大、濾波能力強(qiáng)、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、人機(jī)友好、遠(yuǎn)程監(jiān)控和可靠性高的電力設(shè)備。它在改善電能質(zhì)量、降低諧波危害、提高電網(wǎng)穩(wěn)定性和可靠性方面發(fā)揮著重要作用，是現(xiàn)代電力系統(tǒng)中不可或缺的重要設(shè)備之一。

審核編輯 黃宇