有源电力滤波器设计 1 1 引言 近年来,公用电网受到谐波电流和谐波电压的严重污染,而电力电子装置是其主要的谐波污染源。随着电力电子装置的日益广泛应用,电网中的谐波污染也日益严重,谐波污染影响到供电质量和用户使用的安全性,因此电网谐波污染的治理越来越受到关注。 滤波器在本质上是一种频率选择电路,通常用幅频响应和相位响应来表征一个滤波电路的特性。理想滤波电路在通带内应具有零衰减的幅频响应和线性的相位响应,而在阻带内应具有无限大的幅度衰减。按照通带和阻带的相互位置不同,滤波器可分为低通、高通、带通、带阻、全通5类。有源滤波器采用有源器件需要使用电源,加上功耗较大且集成运放的带宽有限,因此目前有源滤波电路的工作频率难以做得很高,一般不能用于高频场合。但总的来讲有源滤波器在低频(低于 1MHz)场合中使用有较无源滤波器更优的性能,因而目前在音频处理、工业测控等领域广泛应用。有源电力滤波器是一种用于动态抑制谐波、补偿无功功率的新型电力电子装置,能对大小和频率都变化的谐波及无功功率进行补偿。和传统的无源滤波器相比,有以下几点突出的优点: (1)对各次谐波和分数谐波均能有效地抑制,且可提高功率因数; (2)系统阻抗和频率发生波动时,不会影响补偿效果。并能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿,且补偿特性不受电网阻抗的影响; (3)不会产生谐振现象,且能抑制由于外电路的谐振产生的谐波电流的变化; (4)用一台装置就可以实现对各次谐波和基波无功功率的补偿; (5)不存在过载问题,即当系统中谐波较大时,装置仍可运行,无需断开。 由以上可看出,它克服了传统的无源滤波器的缺点,具有良好的调节性能,因而有很大的发展前途。 有源电力滤波器设计 2 2 有源电力滤波器系统结构 有源电力滤波器的基本工作原理是:实时检测补偿对象的电压和电流,经指令电流运算单元计算出补偿电流指令信号,该信号经补偿电流发生电路放大产生补偿电流,补偿电流与负载电流中需用补偿的谐渡及无功等电流抵消,最终得到期望的电源电流。在图1中的体现是,当需要补偿负载所产生的谐波电流时,有源电力滤波器检测出补偿对象负载电流Li 中的谐波分量Lbi 后,将其反极性作为补偿电流的指令信号*Ci ,再由补偿电流发生电路产生补偿电流ic,其中补偿电流ic与负载电流中谐波分量Lhi 大小相等,方向相反,因而两者相互抵消,使得电源中电流中只含基波,达到消除电源电流中谐波的目的。 图1为有源...