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有源電力濾波器的基本原理和分類

摘要：作者是上海交大的在職工程碩士畢業，從事實際工作多年，工程研究方向為電力有源濾波器。現在直接代表國外公司推廣有源濾波器、無功補償產品。本文介紹了電力有源濾波器的基本原理和分類，基本上涵蓋了國際上大公司產品化的趨勢，希望提供國內廣大用戶進行選擇的依據。

1．有源電力濾波器的基本原理
    有源電力濾波器系統主要由兩大部分組成，即指令電流檢測電路和補償電流發生電路。

指令電流檢測電路的功能主要是從負載電流中分離出諧波電流分量和基波無功電流，然后將其反極性作用后發生補償電流的指令信號。電流跟蹤控制電路的功能是根據主電路產生的補償電流，計算出主電路各開關器件的觸發脈沖，此脈沖經驅動電路后作用于主電路。這樣電源電流中只含有基波的有功分量，從而達到消除諧波與進行無功補償的目的。根據同樣的原理，電力有源濾波器還能對不對稱三相電路的負序電流分量進行補償。

   有源電力濾波器的主電路一般由PWM逆變器構成。根據逆變器直流側儲能元件的不同，可分為電壓型有源濾波器(儲能元件為電容)和電流型有源濾波器(儲能元件為電感)。電壓型有源濾波器在工作時需對直流側電容電壓控制，使直流側電壓維持不變，因而逆變器交流側輸出為PWM電壓波。而電流型有源濾波器在工作時需對直流側電感電流進行控制，使直流側電流維持不變，因而逆變器交流側輸出為PWM電流波。電壓型有源濾波器的優點是損耗較少，效率高，是目前國內外絕大多數有源濾波器采用的主電路結構。電流型有源濾波器由于電流側電感上始終有電流流過，該電流在電感內阻上將產生較大損耗，所以目前較少采用。

2．有源電力濾波器的分類
    按電路拓樸結構分類，電力有源濾波器可分為并聯型、串聯型、串－并聯型和混合型。

并聯型有源濾波器的基本結構。它主要適用于電流源型非線性負載的諧波電流抵消、無功補償以及平衡三相系統中的不平衡電流等。目前并聯型有源濾波器在技術上已較成熟，它也是當前應用最為廣泛的一種有源濾波器拓補結構。

串聯型有源濾波器的基本結構。它通過一個匹配變壓器將有源濾波器串聯于電源和負載之間，以消除電壓諧波，平衡或調整負載的端電壓。與并聯型有源濾波器相比，串聯型有源濾波器損耗較大，且各種保護電路也較復雜，因此，很少研究單獨使用的串聯型有源濾波器，而大多數將它作為混合型有源濾波器的一部分予以研究。

混合型有源濾波器的基本結構。它是在串聯型有源濾波器的基礎上使用一些大容量的無源L-C濾波網絡來承擔消除低次諧波，進行無功補償的任務。而串聯型有源濾波器只承擔消除高次諧振及阻尼無源LC網絡與線路阻抗產生的諧波諧振的任務。從而使串聯型有源濾波器的電流、電壓額定值大大減少(功率容量可減少到負載容量的5%以下)，降低了有源濾波器的成本和體積。從經濟角度而言，這種結構形式在目前是一種值得推薦的方案。但隨著電力電子器件性能的不斷提高，成本不斷下降，混合型有源濾波器可能被下面一種性能價格比更高的有源濾波器代替。

串－并聯型有源濾波器的基本結構。它組合了串聯有源濾波器和并聯有源濾波器的優點，能解決電氣系統發生的大多數電能質量問題，所以又稱之為萬能有源濾波器或統一電能質量調節器(UPQC)，該類有源濾波器的主要問題是控制復雜、造價較高。