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提高电网功能质量的抗干扰技术
发布时间:2014-12-25 阅读：次 [打印文章] [关闭窗口]4 有源电力滤波器(APF)
APF是抑制电网谐波和补偿无功功率、改善电网供电质量的最有效PE装置。大多数APF拓扑均利用电压源逆变器，并通常以电容器作为贮能器件如图1所示。以适当选通可控的功率半导体开关，把直流电压变换成交流电压。虽然，为合成交流电压能施加每半周的单脉冲，但对大部分应用中要求的动态性能，今天普遍采用的是脉宽调制(PWM)。
图1 电压源逆变器的APF拓扑
为产生任意波形的交流电压，将PWM技术应用到直流母线电压斩波的电压源逆变器上。现有很多能组成正弦波或任意波形的PWM技术，利用PWM技术，不仅允许控制逆变器作为电压源，也可作为电流源以控制滤波器的交流输出。图2为所利用的最普通的三角载波(TC)技术，这是最简单的线性控制方法，是将有固定幅值的和固定三角波的输出电流误差进行比较。迫使开关周期内的输出电压Va限定于Vcar的载波周期内，并等于调制波Varef的平均幅值。正弦调制波的合成电压含正弦基波分量Va(f)和不希望的谐波分量，利用尽可能高的扁平型电感频率载波，可使这些不想要的谐波成分减到最小，但这取决于半导体功率器件(IGBT、 GTO或IGCT)的最大开关频率。
图2 PWM载波技术(三角载波)
与传统的无源LC滤波器相比，APF具有以下优点:
(1) 对各次谐波和分数谐波均能有效抑制，且可提高功率因数;
(2) 作为高次谐波电流源，不受系统阻抗的影响;
(3) 无谐振现象电感器的单位，系统的结构、阻抗及频率的变化不会影响补偿效果;
(4) 原理上比LC滤波器更优，起用1台装置就能完成各次谐波和基波无功的补偿，还可抑制闪变，有1机多能的特点，性价比较合理;
(5)共模电感器即使高次谐波的频率变化也能准确地补偿;
(6)由于装置本身能完成输出限制，故当高次谐波量增大时也不会过载。其主要特点是能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，且补偿特性不受系统阻抗的影响，具有自适应功能。同时对变化的无功功率有较好的预想补偿效果。因此，APF是今后谐波抑制的首选方案。APF大体上可分为并联型和串联型，串联型适合补偿电压型谐波源负荷;并联型只适合补偿电流型谐波源负荷。此外还有并联和串联组合的并－串结构，而且在很多情况下还会与无源LC滤波器混合使用，以取得更好的综合效果。
4.1 并联APF
图3所示为并联型APF产生的补偿电流，利用了电流源逆变器三种不同的调制技术，分别为周期采样(PS)、三角载波(TC)和滞环控制(HB)。PS法是在固定(采样)频率的方波时钟转移时，APF的功率晶体管开关动作。TC法利用一个三角波和高次谐波比较，从而得到不同时刻逆变器的开关状态。此法的响应速度较快，但开关频率不固定且较高，产生噪音和较大的开关损耗与高频差模电感器失真。HB法则是给定一个允许容差带，只要高次谐波的大小超过这个容差带，逆变器开关动作。但开关频率、损耗及控制精度均受容差带宽度的影响，容差带宽越小，控制的精度越高。当然，开关频率和开关损耗也加大了。通常，HB可获得较好的控制性能，它兼有快速响应和简单易行的特点而被广泛使用。图3显示HB法是这一特定波形与应用中最好的方法，但在要求正弦波形时，TC法较优。
图3 不同调制技术下的电流波形
带自控直流母线的并联APF，有一类似于静态补偿器(STATCOM)的拓扑，STATCOM是用于电力系统中补偿无功功率的。并联的APF，以注入相等而反向的谐波电流对负荷电流的谐波进行补偿。此时，并联APF是作为注入谐波分量的电流源而工作的，谐波分量由负荷产生，但已移相180o。图4为并联 APF的接线图，图5表示APF补偿的工作原理。为能输出图5所示滤波器电流波形的IF，需要设置图4中的控制电路，以便产生图6所示的Vfab脉宽调制电压图。
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