三相四線并聯(lián)型有源電力濾波器的結(jié)構(gòu)及工作原理

　　有源電力濾波器定義

　　有源電力濾波器（APF：Active power filter）是一種用于動態(tài)抑制諧波、補償無功的新型電力電子裝置，它能夠?qū)Σ煌笮『皖l率的諧波進行快速跟蹤補償，之所以稱為有源，是相對于無源LC濾波器，只能被動吸收固定頻率與大小的諧波而言，APF可以通過采樣負載電流并進行各次諧波和無功的分離，控制并主動輸出電流的大小、頻率和相位，并且快速響應(yīng)，抵消負載中相應(yīng)電流，實現(xiàn)了動態(tài)跟蹤補償，而且可以既補諧波又補無功和不平衡。

　　有源電力濾波器的優(yōu)勢：

　?。?）低紋波電流，高電流響應(yīng)速度

　　（2）提高系統(tǒng)耐壓，應(yīng)用于較高電壓系統(tǒng)

　　有源電力濾波器分類：

　　按電路拓樸結(jié)構(gòu)分類，電力有源濾波器可分為并聯(lián)型、串聯(lián)型、串－并聯(lián)型和混合型。

　　圖1并聯(lián)型有源濾波器

　　圖1所示為并聯(lián)型有源濾波器的基本結(jié)構(gòu)。它主要適用于電流源型非線性負載的諧波電流抵消、無功補償以及平衡三相系統(tǒng)中的不平衡電流等。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結(jié)構(gòu)。

圖2串聯(lián)型有源濾波器

　　圖2所示為串聯(lián)型有源濾波器的基本結(jié)構(gòu)。它通過一個匹配變壓器將有源濾波器串聯(lián)于電源和負載之間，以消除電壓諧波，平衡或調(diào)整負載的端電壓。與并聯(lián)型有源濾波器相比，串聯(lián)型有源濾波器損耗較大，且各種保護電路也較復(fù)雜，因此，很少研究單獨使用的串聯(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。

圖3混合型有源濾波器

　　圖3所示為混合型有源濾波器的基本結(jié)構(gòu)。它是在串聯(lián)型有源濾波器的基礎(chǔ)上使用一些大容量的無源L-C濾波網(wǎng)絡(luò)來承擔(dān)消除低次諧波，進行無功補償?shù)娜蝿?wù)。而串聯(lián)型有源濾波器只承擔(dān)消除高次諧振及阻尼無源LC網(wǎng)絡(luò)與線路阻抗產(chǎn)生的諧波諧振的任務(wù)。從而使串聯(lián)型有源濾波器的電流、電壓額定值大大減少（功率容量可減少到負載容量的5%以下），降低了有源濾波器的成本和體積。從經(jīng)濟角度而言，這種結(jié)構(gòu)形式在目前是一種值得推薦的方案。但隨著電力電子器件性能的不斷提高，成本不斷下降，混合型有源濾波器可能被下面一種性能價格比更高的有源濾波器代替。

圖4串－并聯(lián)型有源濾波器

　　圖4所示為串－并聯(lián)型有源濾波器的基本結(jié)構(gòu)。它組合了串聯(lián)有源濾波器和并聯(lián)有源濾波器的優(yōu)點，能解決電氣系統(tǒng)發(fā)生的大多數(shù)電能質(zhì)量問題，所以又稱之為萬能有源濾波器或統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器（UPQC），該類有源濾波器的主要問題是控制復(fù)雜、造價較高。

　　有源電力濾波器主要應(yīng)用：

　　1.變頻設(shè)備的應(yīng)用場合　隨著技術(shù)的進步，變頻設(shè)備大量應(yīng)用于各類場合，變頻設(shè)備會產(chǎn)生大量的諧波，因此，這類場合是有源濾波器主要的目標(biāo)市場之一。

　　2.不穩(wěn)定負荷的應(yīng)用場合　不穩(wěn)定負荷不是有源濾波器的主要市場，但它是電力系統(tǒng)一個極其重要的方面，因為不穩(wěn)定的負荷雖然所占比例不大，但是它們對電力系統(tǒng)產(chǎn)生的影響卻遠遠大于其它負荷所造成的影響，因此對于該類應(yīng)用場合也應(yīng)作為有源濾波器的主要市場方向之一。

　　3.鋼鐵廠　鋼鐵廠的電弧爐、軋鋼機等是主要的諧波發(fā)生設(shè)備，且主要是沖擊性負荷，對鋼鐵廠附近的其它負荷有很大影響。同時，諧波問題對鋼鐵廠無功補償?shù)挠绊懞艽?，所以?yīng)以無功補償和諧波治理同時處理作為目標(biāo)。

　　4.有色冶金　有色冶金的負荷除電弧爐性質(zhì)的負荷外，還由于采用直流濕法冶金而產(chǎn)生大量的直流成分。

　　5.港口機械　港機是大型的提升設(shè)備，一般都采用很大的變頻器，因此是港口機械主要的諧波發(fā)生源，因此對于該類應(yīng)用場合也應(yīng)作為有源濾波器的市場方向之一。

　　6.電氣化鐵路　電氣化鐵路一般使用直流電機拖動，因此是一個市政方面的主要諧波源。根據(jù)現(xiàn)有上海、北京等地電氣化鐵路的運行情況，大多數(shù)系統(tǒng)都安裝了濾波器。預(yù)計本產(chǎn)品可以達到電氣鐵路濾波器國產(chǎn)化的作用?！?7.高精度自動化生產(chǎn)線　高精度自動化生產(chǎn)線本身不產(chǎn)生諧波，但是對于電能質(zhì)量有很高的要求，因此需要在高精度自動化生產(chǎn)線的供電側(cè)安裝有源濾波器，以降低諧波對生產(chǎn)線的影響。

　　8.辦公大樓、大型商業(yè)區(qū)等節(jié)能燈和空調(diào)集中場所　辦公大樓、大型商業(yè)區(qū)等節(jié)能燈和空調(diào)集中場所的諧波情況也非常嚴重，治理方法宜采用集中治理方法，以節(jié)省成本。