有源濾波柜又稱有源濾波裝置。它是一種用于動態(tài)抑制諧波、補償無功的新型電力電子裝置，它能夠?qū)Υ笮『皖l率都變化的諧波以及變化的無功進行補償。主要用于通信行業(yè)、半導(dǎo)體行業(yè)、石化行業(yè)、化纖行業(yè)、鋼鐵/中頻加熱行業(yè)、汽車制造業(yè)、醫(yī)院系統(tǒng)、劇場、體院館等。

一、諧波和無功功率問題的產(chǎn)生、危害及研究的意義

在工業(yè)和生活用電負載中，阻感負載占有很大的比例。阻感負載必須吸收無功功率才能正常工作，這是由其本身的性質(zhì)所決定的，異步電動機、變壓器等都是典型的阻感負載。電力系統(tǒng)中的無功功率大部分是被異步電動機和變壓器所消耗。電網(wǎng)中的電抗器和架空線也要消耗一部分無功功率。各種相控裝置，如相控整流器、相控交流功率調(diào)整電路和周波變流器，在工作時基波電流滯后于電網(wǎng)電壓，要消耗大量的無功功率。

系統(tǒng)電網(wǎng)中產(chǎn)生諧波電流的負載主要是各種電力電子裝置、變壓器、電弧爐和熒光燈等。在電力電子裝置大量應(yīng)用之前，諧波電流主要來自是電力變壓器的勵磁電流。在電力電子裝置大量應(yīng)用之后，它成為諧波的最主要來源。

無功功率的增大對電力系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重影響，它使電網(wǎng)視在功率增加，使發(fā)電機、變壓器和輸電線容量的增大。無功功率的增加使電力系統(tǒng)總電流增大，電力設(shè)備和線路的損耗也隨之增加。電力系統(tǒng)中無功功率的盈虧，還影響到電網(wǎng)電壓的高低。沖擊性的無功功率會使電網(wǎng)電壓產(chǎn)生劇烈的波動，嚴(yán)重影響供電質(zhì)量。

對諧波問題的研究和治理具有重要的意義，這不只是因為諧波的危害十分嚴(yán)重，還在于其對電力電子技術(shù)自身發(fā)展的影響。電力電子技術(shù)是未來科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要支柱。

二、有源電力濾波裝置的分類和特點

有源電力濾波裝置是一種用于動態(tài)抑制諧波、補償無功的新型電力電子裝置，它能對大小和頻率都變化的諧波及變化的無功進行補償，其應(yīng)用克服了 LC 無源濾波裝置等傳統(tǒng)諧波抑制和無功補償方法的缺點。有源電力濾波裝置可分為兩大部分，諧波電流檢測電路和補償電流控制電路。諧波電流檢測電路實時檢測出負載中的諧波電流，據(jù)此由補償電流控制電路得出指令信號控制變流器產(chǎn)生需要的補償電流。根據(jù)有源電力濾波裝置的變流器接入電網(wǎng)的方式，可以分為并聯(lián)型和串聯(lián)型兩大類。這兩大類又分別包含不同的類型，每種類型各具特點，因而其工作原理和特性也有差別。根據(jù)直流側(cè)儲能元件的不同，又可以分為電壓型有源電力濾波裝置和電流型有源電力濾波裝置。下面對幾種主要類型的有源電力濾波器的結(jié)構(gòu)和特點進行介紹。

1.并聯(lián)型有源電力濾波裝置

并聯(lián)型有源電力濾波器是最早使用的一類有源電力濾波裝置，

由于過去全控型電力電子器件價格高、容量小、速度慢、耐壓等級低，所以其補償容量一直比較小。經(jīng)過多年的發(fā)展，為盡量發(fā)揮有源電力濾波裝置的特長，提高其性能，并盡量減小其容量，人們陸續(xù)提出了串聯(lián)混合型、并聯(lián)混合型等多種結(jié)構(gòu)的有源電力濾波裝置。

1）單獨使用的并聯(lián)型有源電力濾波裝置

變流器和與其相連的電感、直流儲能元件共同組成有源電力濾

波裝置的主電路。與主電路并聯(lián)的小容量一階高通濾波器（或采用二階高通濾波器）是用于濾除補償電流中由于電力電子器件的高速開關(guān)動作而產(chǎn)生的諧波。

由于主電路與負載并聯(lián)接入電網(wǎng)，所以稱為并聯(lián)型。補償電流基本上全是由有源電力濾波裝置提供，所以是單獨使用的方式。這是并聯(lián)型有源電力濾波裝置的最基本形式，也是應(yīng)用最廣泛的一種。它可以用于補償諧波電流，補償無功功率，補償三相不對稱電流，補償供電電壓波動等。只要采用適當(dāng)?shù)目刂品椒ǎ@種有源電力濾波裝置還可以達到多種補償任意組合的目的。單獨使用的有源電力濾波裝置要取得較好的補償效果一般要求容量做的比較大。

2）與無源濾波器并聯(lián)使用的方式

這種方式是為了減小濾波器容量而提出的，其基本思想是有源電力濾波裝置和無源濾波器與諧波源并聯(lián)在電網(wǎng)中，利用無源濾波器分擔(dān)一部分補償電流。

無源濾波器可以設(shè)計成高通濾波器，一方面可以消除有源電力濾波裝置產(chǎn)生的開關(guān)諧波，另一方面可以濾除負載中的高次諧波。雖然無源濾波器只分擔(dān)了補償高次諧波的任務(wù)，對降低有源電力濾波裝置的容量起不了明顯的作用，但它可以使有源電力濾波裝置中電力電子器件開關(guān)頻率的要求降低，因而實現(xiàn)大容量相對容易了一些。

無源濾波器也可以包括多組單調(diào)諧濾波器及高通濾波器，這樣可以承擔(dān)絕大部分補償任務(wù)。有源電力濾波裝置的作用只是改善整個系統(tǒng)的性能，所需的容量可以大大的降低。雖然理論上無源濾波器有和電網(wǎng)阻抗發(fā)生諧振的可能，但在并聯(lián)混合方式中，只要對有源電力濾波裝置進行有效的控制，是可以抑制諧振發(fā)生的。

3）與無源濾波器串聯(lián)使用的方式

是一種減小有源電力濾波裝置容量的組合方式。在這種方式中，諧波和無功功率主要由無源濾波器補償，有源電力濾波裝置的作用是改善無源濾波器的濾波特性，克服無源濾波器易受電網(wǎng)阻抗影響，易與電網(wǎng)阻抗發(fā)生諧振的缺點。有源電力濾波裝置只承擔(dān)一部分電網(wǎng)電壓，因此其容量很小。

2.串聯(lián)型有源電力濾波裝置

并聯(lián)型有源電力濾波裝置適合于補償電流型的諧波源負載，對電壓型諧波源負載的補償效果不是很理想。電壓型諧波源負載即直流側(cè)含有大電容濾波的整流電路。過去由于這種整流電路容量小而且分布分散，其諧波污染未能引起足夠的重視。隨著變頻器、開關(guān)電源、UPS 和電子鎮(zhèn)流器的應(yīng)用日益增多，電壓型諧波源負載越來越不容忽視，因此人們又提出了串聯(lián)型有源電力濾波裝置。這種濾波裝置也包括單獨使用方式和與無源濾波器混合使用的方式兩種。

1）單獨使用的串聯(lián)型有源電力濾波裝置

它是由和儲能元件連接的變流器、低通濾波器和串聯(lián)在電網(wǎng)中的串聯(lián)變壓器組成，其特點是有源電力濾波裝置作為電壓源串聯(lián)在電源和諧波源之間。串聯(lián)型有源電力濾波裝置輸出補償電壓，疊加在電網(wǎng)電壓上，使諧波源負載的輸入電壓畸變，但負載電流是正弦的。從電源側(cè)看，諧波源和有源電力濾波裝置組成一個線性系統(tǒng)。

2）與無源濾波器混合使用的方式

這種方式是在并聯(lián)的負載和無源濾波器與電源之間串入有源電力濾波裝置。其特點與并聯(lián)混合型有源電力濾波裝置類似，諧波和無功由兩個濾波器共同補償。有源電力濾波裝置可以看作一個可變電阻，它對基波的阻抗為零，對諧波呈現(xiàn)高阻抗，在補償負載諧波的同時還降低了電網(wǎng)阻抗對無源濾波器的影響，抑制了電網(wǎng)與無源濾波器之間可能發(fā)生的諧振，改善了無源濾波器的性能。

三、結(jié)束語

并聯(lián)型有源電力濾波裝置適合于補償電流型的諧波源，即類似于直接帶阻感負載的整流器，但對直流側(cè)有大電容濾波的整流器，其補償效果就要受補償容量和濾波電容阻抗的限制。串聯(lián)型有源電力濾波裝置可以很好的補償電壓型諧波源，但在實際電路中，由于電網(wǎng)阻抗很小，因負載的諧波電流產(chǎn)生的電網(wǎng)電壓畸變就很小，所以很難通過檢測電網(wǎng)諧波電壓來控制濾波器，對電壓型諧波源進行諧波電流補償。

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