有源电力滤波器

【摘 要】随着现代工业技术的发展,工业电网谐波污染严重,这会对电气设备造成危害,从而影响设备的安全运行.同时,人们对环境保护意识的逐渐提高,则要求净化电网,形成一个“绿色”电网.有源电力滤波器具有良好的谐波抑制效果,系统控制灵活,具有很大的发展潜力.

【关 键 词】有源电力滤波器；发展现状；发展趋势

中图分类号：TM20文献标识码：A文章编号：1006-0278（2013）01-122-01

一、有源电力滤波器的发展历程

有源滤波器的思想,最早出现于1969年B.M.Bird和J.EMarsh的论文中.文中描述了通过向交流电源注入三次谐波电流以减少电源中的谐波,改善电源电流波形的新方法.文中虽未出现有源滤波器一词,但其所描述的方法被认为是有源滤波器基本思想的萌芽.

有源电力滤波器的基本原理的完整描述,首次出现于1971年日本的H.Sasaki和T.Machida发表的论文中.但由于当时是采用线性放大的方法产生补偿电流,其损耗大,成本高,因而仅在实验室中研究,未能在工业中使用.接着,1976年美国西屋电气公司的L.Gyugyi和E.C.Strycula提出了采用脉冲宽度调制控制的有源电力滤波器.80年代后,由于电力电子器件和控制技术的发展,有源电力滤波器技术逐步走向成熟.大功率晶体管（Gwg）、大功率门极可关断晶闸管（GTO）、静电感应晶体管（SIT）、静电感应晶闸管（SIWU）、绝缘栅双极晶体管（IGBT）和场控晶闸管（MCT）等新型半导体器件的出现,PWM技术的发展,尤其是1983年日本的H.Akagi等人提出了“三相电路瞬时无功功率理论”,以该理论为基础的谐波和无功电流检测方法在三相有源电力滤波器中得到了成功的应用,极大促进了有源电力滤波器的发展.20世纪90年代以后,有源电力滤波器技术进入实际应用,并以更快的速度在世界范围内发展.

二、有源电力滤波器的国内外研究现状

目前世界上有源电力滤波器的主要生产厂家有日本三菱电机公司、美国西屋电气公司、德国西门子公司、瑞士的ABB公司和法国施耐德电气公司等.近年来,国外已开始在工业和民用设备上广泛使用有源电力滤波器,并且单机装置的容量逐步提高,其应用领域从补偿用户自身的谐波到改善整个电力系统供电质量的方向发展.以日本为例,自1982年世界上第一台GTO有源滤波装置问世以来,日本己有50多台有源电力滤波器投入运行,其功率范围从50kVA到60MVA越来越宽,功能从谐波补偿到抑制闪变和电压调节等越来越丰富,广泛应用于工业、商业和机关团体的配电网中.作为世界上电力电子技术最发达的国家,在日本有源电力滤波器己经到了普及应用阶段.

我国在有源电力滤波器方面的研究起步较晚,1989年才有这方面研究的文章出现,1993年才见到试验性的工业应用实验.但近十几年来,越来越多的研究单位对有源滤波技术开展了深入的理论研究和实验,这些研究有的已达到或接近国际先进水平.到目前为止,我国已有自主研发的产品投入工业试运行,如1991年,由华北电力科学研究院和冶金自动化研究院联合研制的33kVA电压型有源电力滤波器在北京木材厂中心变电站投入工业试运行；1993年,华北电力学院纪延超博士用大规模集成电路完成3kVar新型电力有源滤波器（GAF）的实验控制系统.1995年,华北电力大学的李庚银博士对6kVA的无功及谐波综合补偿装置进行了实验研究.

三、有源电力滤波器的国内外研究现状及发展趋势

随着国内外对电能质量治理工作的日益重视,有源电力滤波器作为净化电网污染、改善供电质量的一种有效装置,有着广阔的应用前景.

综合现阶段的研究和应用,有源电力滤波器有着这几方面的发展趋势：

1.对谐波理论的进一步研究和完善.尽管三相电路瞬时无功功率理论的提出带来很大的进步,但其仍存在一些缺点,一些量的物理概念比较模糊,在解决一些传统概念和问题时遇到困难.因此如何完善现有的功率定义和谐波检测理论体系,提出新的检测方法和控制策略,还要进一步研究.

2.降低装置容量,提高补偿效率.采用混合型有源电力滤波系统,减小装置的容量以达到降低成本和提高效率的目的；

3.控制系统的简单化、数字化.随着电力电子器件的发展、微机控制技术的完善、数字信号处理器（DsP）运算速度的提高以及补偿控制策略的不断改进,将会逐步实现滤波器控制系统的简化与数字化,进一步提高装置的可靠性；

4.补偿装置多功能化、智能化.随着谐波检测算法向智能化、多功能实用化发展,有源电力滤波器将在补偿系统谐波的同时,实现补偿无功电流,抑制闪变,稳定系统电压等,进一步具备综合补偿功能.