有源电力滤波器综述

有源电力滤波器综述

张汉梅

（株洲电业局，湖南株洲412000）

摘

要：对有源电力滤波器的原理、发展历程及其结构进行了详细介绍，并对有源电力滤波器的优缺点进行了比较，探讨了其在实际应用中

存在的问题及其发展趋势。

关键词：有源电力滤波器；研究现状；优缺点；发展趋势

0引言

近数十年以来很多国家都制定了限制谐波的规定和国家标

准，电力谐波问题受到越来越多的关注，本着“谁污染，谁治理”的原则，随着中国绿色能源运动的不断深入，低压侧的谐波治理，必将提到日程上来。而有源电力滤波器是一种用于动态抑制谐波和

“电网污染”的有效手补偿无功的电力电子装置，被公认为是治理

段，APF有源滤波器作为一种主动型的谐波补偿装置，能动态跟踪补偿随机的谐波电流，克服传统LC无源滤波装置的不足，具有高度的可控性和快速响应性，应用前景广阔［1－2］。

等问题上。

进入20世纪90年代，我国在有源电力滤波器的应用研究方面投入了大量的人力和物力，这方面的工作主要以理论研究和实验为主，但和工业发达国家相比仍有一定的差距。调制载波的频率

补偿效果仍不够理想，成本控制仍不够合理；仍不够高，谐波跟踪、

总的来讲，与世界先进水平的差距正在逐步缩小，但是仍有许多基础理论与技术有待于深入的探索和研究。

2有源滤波器的优缺点

1有源滤波器的研究现状

1971年日本的Machida首先提出了有源滤波器的原始模型，同年，H.Sasaki等就首次完整地描述了有源电力滤波器的基本原

但由于当时是采用线性放大的方法产生补偿电流，其损耗理［3］，大，成本高，因而仅在实验室研究，未能在工业中使用。1976年，美国的Strycula提出了用PWM逆变器结构构成有源滤波器，确立了当今滤波器的基本结构，同年，L.Gyugyi等人提出了用大功率晶体管PWM逆变器构成的有源电力滤波器，并正式确立了有源滤波的概念，提出了有源滤波器主电路的基本拓扑结构和控制方法。1982年，第1台采用GTO作为开关元件的电流源PWM逆变器构

）在日本研制成功并投入使用。1983年，成的有源滤波器（800kVA

日本长冈科技大学的Akagi等人基于pq分解理论，提出了三相电路瞬时无功功率理论，为解决三相电力系统畸变电流的瞬时检测提供了理论依据。表明实现有源滤波器补偿功能的条件已经具备，使有源电力补偿技术实用化研究得到了极大发展，与此同时，大功

）、大功率可关断晶闸管（GTO）、静电感应晶闸管率晶体管（GTR

（SITH）、静电感应晶体管（SIH）、功率场效应管（MOSFET）、场控晶闸管（MCT）及绝缘栅型双极性晶体管（IGBT）等新型快速大容量功率开关器件相继问世；PWM调制技术、微机控制技术，以及数字信号处理技术都取得了长足的进步。这些都极大地促进了有源电力滤波技术的发展，使有源电力滤波器真正进入了工业实用阶段。1986年，日本的Komasugi和Imura研制出1套用于三相整流器补偿的电流补偿器，可补偿19次以下的高次谐波。1991年，南非的Enslin和Wyk研制出综合补偿系统。经过20多年的研究和探索，APF技术得到了长足的发展，越来越多的APF投入了运行，不论从实现功能还是运行功率上都有明显的改善。

作为改善供电质量的一项关键技术，目前有源电力滤波器在美国、日本等发达工业国家已广泛用于国民经济的各个生产部门，并且谐波补偿的次数逐步提高（典型值达25次），单机装置的容量也逐步提高（APF的最大容量可达50MVA），其应用领域正从补偿用户自身的谐波向改善整个电力系统供电质量的方向发展。其中在日本，已投入使用的APF从50kVA到60MVA功率范围越来越宽，从谐波补偿到抑制闪变和电压调节应用功能越来越丰富。目前有源滤波器已用在提高电能质量，解决三相电力系统中终端电压调节、电压波动抑制、电压平衡改善以及谐波消除和无功补偿

有源滤波器的基本构造如图1所示。补偿指令电流检测及控

制电路对负载电流iL进行检测，通过瞬时无功功率理论或DSP技

与精密波形发生器产生的三角术［4］产生的谐波及无功电流分量，

载波进行比较，获得PWM波形，用于控制主电路内的功率电子开关器件，把直流电流信号变成补偿交流电流ic。对主电路输出的补偿电流进行检测是为了使主电路输出的补偿电流更好地跟踪由于负载电流的变化而引起的谐波大小的变化［5］。

is系统电源

if

PWM主电路

APF

补偿指令电流及控制电路iL

负载（谐波源）

图1有源电力滤波器基本原理结构图

有源滤波器的优点如下：（1）实现了动态补偿，可以对频率和大小变化的谐波及变化的无功功率进行补偿，对补偿对象的变化有极快的响应［6］；

）可以同时对谐波和无功功率进行补偿，而且补偿无功功率（2

［7］

的大小可以做到连续调节；

）补偿无功功率时不需要储能元件，补偿谐波时需要的储能（3

元件容量也不大；

（4）即使补偿对象电流过大，有源滤波器也不会发生过载，并能正常发挥补偿作用［8］；

（5）受电网阻抗影响不大，所以补偿性能不受电网频率变化的影响；

（6）既可以对一个谐波和无功源单独补偿，也可对多个谐波和

［9－10］

无功功率集中补偿。

有源电力滤波器的缺点是：）数字化测量系统参数稳定性好，但是计算量大，相应加大了（1

检测过程的延迟时间；

（2）就目前来说还难以实现大功率的滤波，而且成本较高。

3有源滤波器的发展趋势

（1）器件容量的增大和开关频率的提高。为了实现电流的快速控制和提高补偿效果，开关频率是关键，另外，应用多重化技术虽能提高器件的等效开关频率，但从（下转第69页）

机电信息2011年第12期总第294期67ZhuangbeiyingyongyuYanjiu◆装备应用与研究

现象。有些水泵接合器安装在阻碍交通（人行或车辆）的位置，消防免的问题，如果不严格按规范要求去做，将会影响到自动喷水灭火车无法接近；有的施工单位没有对各种水灭火系统的水泵接合器系统的灭火效果，甚至失去灭火功能，造成重大人员伤亡及经济损分别作出标志。消防水泵结合器主要是消防队在火灾发生时向系失。因此下面的工作也是至关重要的：统补充水用的，火灾发生时找不到消防水泵结合器或消防车无法（1）相关单位要定期组织专业技术人员学习相关规范，参加各

施工人员定期考核；靠近消防水泵结合器，不能及时补水，后果将无法想象。类技术培训，了解各方面技术要求，对设计、

2.4管道冲洗和试压）各工程项目部要提高质量意识，监理单位要把好质量关；（2

水压试验压力造假和试验时间不够。有些施工单位为偷工省（3）消防验收主管部门严格验收程序，对不符合验收程序的项事在试验压力表上做了文章，或者故意用堵头断开管网，造成虚假目不予验收，对符合验收程序的项目要从严验收，绝不放过任何可

水压强度的测试点应设压力试验，蒙骗现场监理。规范明确规定，能会对日后带来安全隐患的项目；

在系统管网的最低点，达到试验压力后应稳压30min，管网应无泄（4）系统维护单位在接受系统时也要严格把关，发现问题及时

无变形，且压力降不应大于0.05MPa。系统严密性试验应在水压漏、提出，绝不含糊，认真接受施工单位组织的系统培训，严格按维护强度试验及管网冲洗后进行，但很多工程项目部不重视管道冲洗工方案对系统进行日常有效维护。作，认为在管道试压时，管道内已有水就表示已经冲洗过。殊不知，

［参考文献］管道在安装过程中有许多灰尘，如果不仔细冲洗，将来极有可能把

［１］ＧＢ５００８４—２００１自动喷水灭火系统设计规范喷头堵住，当遇到火灾危险时，就起不到喷水灭火的作用了。

3维护管理阶段

［２］ＧＢ５０２６１—２００５自动喷水灭火系统施工及验收规范

维护管理不规范。为了保证系统随时处于伺应工作状态，规范

规定了需对消防供水设施供水能力、消防水泵运转情况、末端试水装置、喷头等要定期检查及试验，发现问题及时整改。在检查中发现有许多项目的阀门被关闭，消防水泵不能运转，消防水池、水箱无水等情况，究其原因就是维护人员从不进行消防水泵定期运转、末端试水试验及无备品、备件等。

4结语

2010－12－16收稿日期：

作者简介：卞爱国（1980—），男，江苏盐城人，助理工程师，研究方向：建设工程管理（建筑安装）。

以上是目前自动喷水灭火系统设计、施工及维护管理中普遍

相关规范已颁布实施多年，这些都是应早已解决或避存在的问题。

（上接第67页）

经济的角度考虑，应该使用高容量、大功率的器件，这又与使用高

频率产生矛盾，因为大容量受到频率的限制，如何从两者中找到一个折中，从而获得最佳效果，是值得研究的问题。

（2）降低装置的价格并使其多功能化。如何提高装置的性价比是电力电子器件制造技术面临的难题。

（3）降低损耗提高系统可靠性。这方面主要工作包括：采用合理的开关频率；选择适当的吸收回路以提高装置的使用效率；采用过流、过压保护技术及故障诊断技术。

（4）中国在研制有源电力滤波器时应着力采用新理论和新方法，结合中国国情，采用小额定值的有源电力滤波器配以无源滤波器的混合型电力滤波的方式是可行的。

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收稿日期：2011－03－11

作者简介：张汉梅（1963—），女，湖南长沙人，中级技师，研究方向：电网安全。

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