有源濾波器的原理

有源濾波器

有源濾波器之所以稱為有源，顧名思義該裝置需要提供電源（用以補(bǔ)償主電路的諧波），其應(yīng)用可克服LC濾波器等傳統(tǒng)的諧波抑制和無(wú)功補(bǔ)償方法的缺點(diǎn)（傳統(tǒng)的只能固定補(bǔ)償），實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)跟蹤補(bǔ)償，而且可以既補(bǔ)諧波又補(bǔ)無(wú)功。

三相電路瞬時(shí)無(wú)功功率理論是APF發(fā)展的主要基礎(chǔ)理論，APF有并聯(lián)型和串聯(lián)型兩種，前者用的多；并聯(lián)有源濾波器主要是治理電流諧波，串聯(lián)有源濾波器主要是治理電壓諧波等引起的問題。有源濾波器同無(wú)源濾波器比較，治理效果好，主要可以同時(shí)濾除多次及高次諧波，不會(huì)引起諧振，但是價(jià)位相對(duì)高。如圖所示為有源濾波結(jié)構(gòu)圖。

有源濾波器原理圖

有源電力濾波器，是采用現(xiàn)代電力電子技術(shù)和基于高速DSP器件的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)制成的新型電力諧波治理專用設(shè)備。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。

下圖是最基本的APF系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖，非線性負(fù)載為諧波源，其中下面部分是APF。

有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖可以看出，APF系統(tǒng)包含兩大部分，即指令電流運(yùn)算電路和補(bǔ)償電流發(fā)生電路。目前主電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)均采用的PWM變流器。圖示的APF的基本工作原理是：檢測(cè)補(bǔ)償對(duì)象的電壓電流，經(jīng)過指令電流運(yùn)算環(huán)節(jié)計(jì)算得出補(bǔ)償電流的指令信號(hào)，驅(qū)動(dòng)控制回流根據(jù)指令信號(hào)產(chǎn)生PWM脈沖作用于變流器的開關(guān)器件，使其產(chǎn)生與諧波和無(wú)功電流大小相同、方向相反的補(bǔ)償電流，使電網(wǎng)電流波形趨于正弦波，達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪康摹?/p>

有源濾波器的作用

有源濾波器的主要作用是緩沖基波和諧波的能量，并按一定規(guī)律輸入輸出電壓或電流，因此有源濾波器的主電路有四象限變流器其儲(chǔ)能環(huán)節(jié)組成。按照有源電力濾波器的主電路形式分類，根據(jù)其直流側(cè)儲(chǔ)能元件的不同可分為電壓型和電流型，如圖所示。

電壓型變流器的儲(chǔ)能環(huán)節(jié)采用電容器，直流側(cè)電壓經(jīng)過閉環(huán)控制保持基本不變，可等效為一個(gè)可控電壓源。它的控制方法是根據(jù)要求控制輸出電壓，使之與電源電壓在輸出端電抗器相減而得到所需要的補(bǔ)償電流。電壓型變流器具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、對(duì)半導(dǎo)體器件要求不高、能量損耗小、控制易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。但它存在一個(gè)嚴(yán)重的缺點(diǎn)：由于直流側(cè)為電容，一旦發(fā)生某個(gè)橋臂短路，就會(huì)造成直流貫通短路，所以電壓型變流器可靠性相對(duì)較低，必須在軟硬件上采取保護(hù)措施，即同一橋臂的上、下元件必需保持互鎖關(guān)系，并有死區(qū)封鎖時(shí)間。

電流型有源濾波器的變流器的儲(chǔ)能環(huán)節(jié)是電感元件，經(jīng)閉環(huán)控制保持直流側(cè)電流基本不變，可等效為一個(gè)可控的電流源。它是將直流電流調(diào)制成一個(gè)脈沖列，再通過交流輸出端上的交流濾波器解調(diào)成所要求的電流。其直流側(cè)電流應(yīng)與最：大補(bǔ)償電流相匹配。由于電流型變流器直流側(cè)的儲(chǔ)能元件是電感，故在裝置發(fā)生貫穿短路等故障時(shí)，有限制故障電流急劇增加的作用。