第6章有源电力滤波器

6 ．有源电力滤波器 无源型滤波器存在体积大、滤波效果不理想等不足，随着电力电子技术的发展和无功功率理论研究的深入，谐波抑制的一个重要趋势是采用有源电力滤波器(Active Power Filter—APF)。它是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置，能对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功功率进行补偿，可克服无源型滤波器等传统的谐波抑制和无功补偿方法的缺点。 本章介绍有源电力滤波器的基本原理、结构和三相电路的瞬时无功功率理论。 6 .1 有源电力滤波器的基本原理和特点 由电容、电感和电阻元件构成的无源型滤波器存在下列一些缺点：1）只能对某几次谐波有滤波效果，而很可能对其他次谐波有放大作用，滤波效果易受元件或系统参数，以及电网频率等变化的影响；2）滤波要求和无功补偿、调压要求有时难以协调；3）在某些条件下可能和系统发生谐振，引发事故； 4）当谐波源增大时，滤波器负担随之加重，以至可能因谐波过载不能运行。 由于无源滤波存在上述缺点，随着电力电子技术的不断发展，人们将滤波研究方向逐步转向有源滤波器。早在70 年代初期，日本学者就提出了有源滤波器的概念，即利用可控的功率半导体器件向电网注入与原有谐波电流幅值相等、相位相反的电流，使电源的总谐波电流为零，达到实时补偿谐波电流的目的。1976 年美国西屋电气公司的L.Gyugyi 提出利用大功率晶体管组成的PWM 逆变器构成的有源滤波器消除电网谐波。由于受到当时功率半导体器件水平的限制，APF 的研制一直处在试验研究阶段。上世纪 80 年代以后，大功率可关断器件(GTR，GTO，IGBT 等)的不断进步，以及对非正弦条件下无功功率补偿理论的深入研究，特别是瞬时无功理论的提出，为 APF 的实用化提供了必要的条件，使之在工业上得到了广泛的应用。 有源滤波器装设在谐波源处，采用与无源滤波器完全不同的原理，它是以时域分析为基础对畸变波形实时跟踪补偿，从而使电源侧的电流波形与电压波形一致（成比例）。下面通过图6-1介绍有源电力滤波器的原理。 将谐波源负荷电流按供电点电压分解为与电压波形相同且同相位的有功电流及与其正交的无功电流，即 )(ti)(tu)(tip)(tiq)()()(tititiqp+= （6-1） 其中与成正比，如下式 )(tip)(tu)()(tGutip= （6-2） 式中 G—具有电导量纲的比例常数。 图6-1 有源电力滤波器原理图 为保证系统向谐波源负荷供给的有功功率P不变，G的取值应满足下式 PdttituTpT=∫)()(10 即可得出 202)(1...