有源濾波柜又稱有源濾波裝置。它是一種用于動(dòng)態(tài)抑制諧波、補(bǔ)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(jìn)行補(bǔ)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(chǎng)、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(fù)載中，阻感負(fù)載占有很大的比例。阻感負(fù)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(dòng)機(jī)、變壓器等都是典型的阻感負(fù)載。電力系統(tǒng)中的無功功率大部分是被異步電動(dòng)機(jī)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(shí)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(fù)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(lì)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(duì)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(jī)、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(huì)使電網(wǎng)電壓產(chǎn)生劇烈的波動(dòng)，嚴(yán)重影響供電質(zhì)量。
對(duì)諧波問題的研究和治理具有重要的意義，這不只是因?yàn)橹C波的危害十分嚴(yán)重，還在于其對(duì)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(diǎn)
有源電力濾波裝置是一種用于動(dòng)態(tài)抑制諧波、補(bǔ)償無功的新型電力電子裝置，它能對(duì)大小和頻率都變化的諧波及變化的無功進(jìn)行補(bǔ)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(bǔ)償方法的缺點(diǎn)。有源電力濾波裝置可分為兩大部分，諧波電流檢測(cè)電路和補(bǔ)償電流控制電路。諧波電流檢測(cè)電路實(shí)時(shí)檢測(cè)出負(fù)載中的諧波電流，據(jù)此由補(bǔ)償電流控制電路得出指令信號(hào)控制變流器產(chǎn)生需要的補(bǔ)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(diǎn)，因而其工作原理和特性也有差別。根據(jù)直流側(cè)儲(chǔ)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(duì)幾種主要類型的有源電力濾波器的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)進(jìn)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(jià)格高、容量小、速度慢、耐壓等級(jí)低，所以其補(bǔ)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(dú)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(chǔ)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(bǔ)償電流中由于電力電子器件的高速開關(guān)動(dòng)作而產(chǎn)生的諧波。
由于主電路與負(fù)載并聯(lián)接入電網(wǎng)，所以稱為并聯(lián)型。補(bǔ)償電流基本上全是由有源電力濾波裝置提供，所以是單獨(dú)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(bǔ)償諧波電流，補(bǔ)償無功功率，補(bǔ)償三相不對(duì)稱電流，補(bǔ)償供電電壓波動(dòng)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(dá)到多種補(bǔ)償任意組合的目的。單獨(dú)使用的有源電力濾波裝置要取得較好的補(bǔ)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(bǔ)償電流。
無源濾波器可以設(shè)計(jì)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(fù)載中的高次諧波。雖然無源濾波器只分擔(dān)了補(bǔ)償高次諧波的任務(wù)，對(duì)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(shí)現(xiàn)大容量相對(duì)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(bǔ)償任務(wù)。有源電力濾波裝置的作用只是改善整個(gè)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(duì)有源電力濾波裝置進(jìn)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(bǔ)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(diǎn)。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(bǔ)償電流型的諧波源負(fù)載，對(duì)電壓型諧波源負(fù)載的補(bǔ)償效果不是很理想。電壓型諧波源負(fù)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(fù)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(dú)使用方式和與無源濾波器混合使用的方式兩種。
1）單獨(dú)使用的串聯(lián)型有源電力濾波裝置
它是由和儲(chǔ)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(diǎn)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(bǔ)償電壓，疊加在電網(wǎng)電壓上，使諧波源負(fù)載的輸入電壓畸變，但負(fù)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(gè)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(fù)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(diǎn)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(gè)濾波器共同補(bǔ)償。有源電力濾波裝置可以看作一個(gè)可變電阻，它對(duì)基波的阻抗為零，對(duì)諧波呈現(xiàn)高阻抗，在補(bǔ)償負(fù)載諧波的同時(shí)還降低了電網(wǎng)阻抗對(duì)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(bǔ)償電流型的諧波源，即類似于直接帶阻感負(fù)載的整流器，但對(duì)直流側(cè)有大電容濾波的整流器，其補(bǔ)償效果就要受補(bǔ)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(bǔ)償電壓型諧波源，但在實(shí)際電路中，由于電網(wǎng)阻抗很小，因負(fù)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(cè)電網(wǎng)諧波電壓來控制濾波器，對(duì)電壓型諧波源進(jìn)行諧波電流補(bǔ)償。
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