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

我們都知道諧波對公用電網(wǎng)、電氣設(shè)備和通信系統(tǒng)都會有不同程度的影響。電網(wǎng)中的諧波會導(dǎo)致電機的附加損耗，增大機械振動、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，它由指令電流運算電路和補償電流發(fā)生電路兩個主要部分組成。指令電流運算電路實時監(jiān)視線路中的電流，并將模擬電流信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，送入高速數(shù)字信號處理器（DSP）對信號進行處理，將諧波與基波分離，并以脈寬調(diào)制（PWM）信號形式向補償電流發(fā)生電路送出驅(qū)動脈沖，驅(qū)動IGBT或IPM功率模塊，生成與電網(wǎng)諧波電流幅值相等、極性相反的補償電流注入電網(wǎng)，對諧波電流進行補償或抵消，主動消除電力諧波。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)有源電力直流儲能元件分類

根據(jù)有源電力濾波器主電路直流側(cè)儲能元件的不同，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采用一個大電容作為儲能元件接在變流器的直流側(cè)，功能等效于一個電壓源，電流型APF主要在變流器的直流側(cè)接一個電感作為儲能元件，其功能等效于一個可控的電流源，以補償非線性負(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償正常的諧波，而且可以補償分?jǐn)?shù)次諧波和超高次諧波，并且不會由于主電路開關(guān)器件的直通而發(fā)生短路故障，因而在可靠性和保護上占有優(yōu)勢。

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)，它通過注入補償電流來補償電流型負(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。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，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)點在于結(jié)構(gòu)簡單、成本低、易實現(xiàn)，而有源電力濾波器的優(yōu)點是補償性能好，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，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，減少單個器件開關(guān)損耗，改善補償電流的跟隨特性。

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)討B(tài)變化的諧波電流進行快速實時的跟蹤和補償。

綜上所述，ANAPF有源電力濾波器是一種功能強大、濾波能力強、動態(tài)響應(yīng)快、人機友好、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