有源电力滤波器的研究热点和发展

1 引 言

近年来，随着电力电子技术的广泛应用，电能得到了更加充分的利用。但电力电子装置自身所具有的非线性也使得电网的电压和电流发生畸变，这些高度非线性设备数量和额定容量的日益增大使得电力系统谐波污染问题日益严重，已成为了影响电能质量的公害，对电力系统的安全、经济运行造成极大的影响；而另一方面供电方及其电力系统设备、用户及其用电器对电能质量的要求越来越高，这一矛盾使得人们对谐波污染问题越来越重视。据《中国电力》报道，我国仅由电能质量问题造成的年电能损失就高达400多亿元，冶金、铁路、矿山等企业的谐波严重超标，因谐波问题导致的开关跳闸、大面积停电甚至电力系统解列等事故也屡见不鲜，因此对电力系统的谐波污染进行综合治理已成为摆在科技工作者面前的一个具有重要现实意义的研究课题。而有源电力滤波器（active power filter-apf）由于具有高度可控性和快速响应性，能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，因而受到广泛的重视，成为目前国内外供电系统谐波抑制研究的热点。

2 谐波治理的措施

目前，在电力系统中抑制或减少谐波主要从两个方面进行：第一方面是从产生谐波的谐波源装置本身入手。在这些装置设计时就考虑减小谐波的方法，增加谐波抑制环节，已减少电网的谐波注入量，在谐波源本身采取一些措施能大大减小电网谐波。但由于现代电力系统的复杂性以及电力半导体装置开关工作方式，不可能完全消除电网谐波。所以，谐波治理的第二个重要方面就是研究对系统中的谐波进行有效滤波和补偿的方法和措施。下面分别简要介绍这两方面工作的现状和发展。

2.1 治理谐波源

近年来，随着几种电力电子装置的大量应用，可控和不可控整流器在电力系统中的应用越来越普遍。这类型整流器在带大电感(rl)负载时电流近似为方波。带大电容(rc)负载时电流为尖脉冲，使电力系统中的电流严重畸变，成为目前电力系统中主要谐波源，也是目前治理的重点。针对这一类整流器减少谐波、提高功率因数的方法和措施，概括起来主要有以下几种：

（1）多相整流技术;

（2）脉宽调制pwm（pulse width modulation）整流技术;

（3）功率因数校正器（power factor corrector， pfc）。

2.2 谐波滤波与补偿

采用主动治理谐波源的方式，可有效限制谐波的产生，但由于谐波源的多样性，要完全消除谐波是不可能的。因此，安装滤波器对电网谐波进行有效的滤波和补偿也是谐波治理的一个重要研究方向。进行被动谐波治理措施主要有以下几种：

传统的抑制谐波的方法使使用无源滤波器（passive filter，pf）。pf利用电感、电容元件的谐振特性，在阻抗分流回路中形成低阻抗支路，从而减小流向电网的谐波电流，同时还可以补偿无功功率。它具有结构简单、一次性投入低、运行费用也低和维护方便的优点。

（1）无源滤波器(pf)存在的缺点

但由于其结构原理上的缺点，在应用中存在以下难以克服的缺点：

●　只能对特定次数谐波进行滤波;

●　滤波器参数影响滤波性能;

●　滤波特性依赖于电网参数;

●　可能与系统阻抗发生串并联谐振。

（2）有源电力滤波器（apf）具有的优点

由于无源电力滤波器的上述缺点，使它很难满足现代电力系统的要求。上世纪70年代以来，人们开始致力于有源电力滤波器（active power filter，apf）的研究，以弥补无源电力滤波器存在的问题。apf的基本工作原理是将电网系统中所含谐波电流（电压）检测出来，并产生与其相反的补偿电流（电压），以抵消输电线路中的谐波电流（电压）。

与pf相比，apf具有以下一些优点：

●　滤波性能不受系统阻抗的影响；

●　不会与系统阻抗发生串联或并联谐振，系统结构的变化不会影响治理效果；

●　原理上比pf更为优越，用一台装置就能完成各次谐波的治理；

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