有源电力滤波器(APF)的开发和实际应用

【摘 要】通过日常工作中的两个实际问题引入有源电力滤波装置（APF）,通过建立APF模型提出问题解决方案,通过APF的理论和消谐分析弄清了电力谐波的滤除过程,为电力设备的消谐和APF的应用推广指明了方向.

【关 键 词】有源电力滤波器,消谐,应用

前言

针对非线性负荷和不平衡负载对电网和设备的危害日益严重,有源电力滤波器APF作为一种理想的谐波无功补偿装置,能够对频率和幅值均发生变化的谐波和无功进行补偿,解决了传统无源滤波器的不足,因此,对APF的研究、分析和应用具有十分重要的意义.

1.问题的提出

1.1安装在煤机厂低压补偿柜上的DZ47-60/32微断开关经常跳闸?

1.2安装在市区配变台架下的无功补偿箱电容投不上?

经过谐波检测仪检测和初步分析,发现主要是以下原因：

对于问题1原因是：煤机厂有一台高频炉开机后产生高次谐波且幅值较大,经检测Hi>80%；

对于问题2原因是：

（1）电压高.变压器低压侧出口电压U>240V,而无功补偿箱的控制器电压判据是：U>240V时过压保护动作.

（2）谐波电流大.经谐波测量仪测出：Himin等于15%,Himax等于60%,而控制器谐波判据为Hi>8%时电容器自动退出.

对于电压高的问题可以通过调节母线电压和变压器分接头来解决,但对于谐波超标就必须安装消谐滤波装置.

2.APF装置模型的建立

APF装置实际上是一个与负荷谐波电流反相位的补偿电流源,有四部分组成,其结构图如图1：

（1）检测部分：要求快速检测负荷电流中的无功电流iq和谐波电流ih瞬时值；

（2）控制部分：根据检测到的iq和ih向逆变电源部分各开关元件发出控制信号；

（3）逆变电源部分：采用控制极可关断的晶闸管（GTO）,或电力晶体管（GTR）及绝缘栅双极晶体管（IGBT）,用多种控制方式的脉冲宽度调制（PWM）技术,把直流电流或电压转换成幅值不变、宽度可调的高频脉冲；

（4）输出部分：由高频滤波器和变压器组成.将逆变电源输出的高频脉冲中的脉动成分滤除后补偿电流经变压器输入系统.

3.解决方案

在高频炉和无功补偿箱上加装有源滤波器（APF）.

4.APF的理论依据和消谐分析

4.1APF的理论依据

以日本赤木先生1980年提出的瞬时无功功率矢量控制理论,其主要思路是将供电系统的交流电压通过矢量变换去除负荷电流中的有功基波电流,然后将其余电流归结为补偿电流矢量作为可控变量,从而抑制电网电压波动、三相不平衡和谐波,从而提高电能质量.

4.2消谐分析

如图2,将谐波源负荷电流i（t）按供电点电压u（t）分解为与电压波形相同且同相位的有功电流ip（t）和与其正交的无功电流iq（t）.即i（t）等于ip（t）+iq（t）其中：ip（t）等于KU（t）K为比例系数

系统向谐波源负荷供给的有功功率

电流i（t）的无功分量：

由于不产生有功功率,APF只产生一个与iq幅值相等且反相的电流if,即if等于-iq∴is等于if+i等于ip

因此,APF就把负荷电流中的全部谐波分量和基波无功分量完全补偿,消除了注入系统的谐波电流.

5.结束语

通过在低压补偿柜和无功补偿箱上加装APF装置,解决了无功补偿装置因谐波超标投不上的问题,又防止了高频装置因产生高幅值谐波电流引起的开关误动.因此,综合其自身特点可以推而广之,可应用于配网低压谐波超标、功率因数偏低以及没装消谐装置的高频装置上,以限制或消除谐波、提高功率因数,极大的改善电能质量.