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混合有源電力濾波器的四種基本類型
發布時間:2018-10-26        瀏覽次數:71        返回列表
混合有源電力濾波器的四種基本類型 電力電子技術作為一門新興學科,自從其產生到現在的半個多世紀里得到了飛速發展。它幾乎涉及了從發電、輸電、配電到用戶用電的所有領域,但是有源電力濾波器的大量使用,向電網注入了大量諧波電流,諧波的危害也日益突出,諧波治理也越來越重要。   有源電力濾波器(APF) 近十年來被用于電力諧波抑制,被認為是最有效的方法。它通常通過對電網和(或)負載的諧波進行實時計算,通過不同的控制方案,利用高頻逆變器進行諧波功率放大后,將不同補償目的點的諧波電壓、諧波電流抑制到足夠小的水平。   從工業方面看,冶金、水泥及大型制造企業首先受到影響,諧波使原先安裝的無功補償裝置難以正常投入使用,從而造成功率因數下降、供電變壓器發熱和生產無法正常連續進行,嚴重影響了企業的經濟效益。從民用方面看,近年來變頻家電開始被廣大市民所接受,以典型的變頻空調為例,如果采用有源電力濾波器方案限制入網諧波電流,考慮體積、價格等因素,在輸入電流大于11A 之后,很難滿足GB17625.1 《低壓電氣及電子設備發出的諧波電流限制》。如果采用常見的Boost 電路方式的PFC 技術,既帶來了升壓問題,又降低了變換效率。   雖然HAPF 的結構多種多樣,但目前混合有源電力濾波器常用的基本類型無非有如下四類。   1)串聯APF+ 并聯PPF 型的HAPF 是現在研究較多的一種類型,由于大部分諧波被相對廉價的無源濾波器濾除,有源部分的容量非常小,典型值為補償功率的5%~10%,因此成本相對較低。此外由于對諧波電流串聯部分可以等效為一“諧波電阻”,該電阻阻止了電網和PPF 之間可能存在的諧振,對目前工業應用中的無源濾波方案有很大的改造前景。其缺點是由于APF 的串入需要加入耦合變壓器,連接和維修不方便,且引入了負載電壓的畸變。   2)串聯APF1+ 與并聯PPF 相串聯的APF2 型的HAPF 是綜合串聯APF 和并聯APF 的混合型濾波器。串聯APF 將電源和負載隔離,阻止電源諧波電壓竄入負載端和負載諧波電流流入電網,并聯APF 提供一個零阻抗的諧波支路,把負載中的諧波電流吸收掉。該方案在電網與公共連接點之間同時實現了電壓和電流的凈化,但是由于采用了兩個APF,成本很高,較難廣泛應用。   3)并聯APF+ 并聯PPF 型的HAPF 的優點是電路連接方便,APF 可補償無功,其缺點是APF 容量較大,電網和APF 以及APF 和PPF 之間存在諧波通道,存在諧振的可能。且該裝置對電網端諧波電壓敏感,只適合電流源型諧波負載。   4)并聯PPF+ 與其串聯的APF 型的HAPF 的優點是有源部分基波電壓的壓降大為降低,同時采用流控電壓源(CCVS) 控制方式可以有效阻止PPF 與電網、負載可能發生的諧振,并且由于注入耦合變壓器能連接在Y 型連接的PPF 的中性點上,方便保護和隔離,更適合于高壓系統應用。其缺點仍是對電網端諧波電壓敏感,只適合電流源型諧波負載。   鑒于目前電力電子器件可控能量水平有限和電力系統要求控制能量巨大之間的矛盾,混合有源電力濾波器(HAPF)是現階段APF 研究和應用的主要焦點。HAPF 是將APF 和PPF 結合起來,它既具有PPF 結構簡單、成本低、技術成熟的優點,又具有APF 動態跟蹤效果好、諧波抑制頻譜寬的優點。因此HAPF 在工業領域具有很好的應用前景。
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