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有源滤波器的主要类型、控制策略及经济技术指标

有源滤波器的主要类型、控制策略及经济技术指标 2011年12月09日 来源： 中图分类号：TM76 The Configurations, Control Strategies, and Economic and Technical Considerations of Active Filters HU Zong-bo, ZHANG Bo (ASTEC Power Supply Lab. in Electric Engineering College of South China University of Technology, Guangzhou 510640, China) Abstract: Active filtering of electric power has now become a mature technology for harmonic and reactive power compensation in two-wire (single phase), three-wire (three phase without neutral), and four-wire (three phase with neutral) AC power networks with nonlinear loads. This paper presents a comprehensive review of active filter (AF) configurations, control strategies, and other related economic and technical considerations. It aims to provide a broad perspective on the status and new trends of AF technology to researchers and application engineers dealing with power quality issues, the prospects of the application of AF as well. Key words: active power filters harmonics and reactive power compensation power quality 1 引 言采用晶闸管和其它半导体大功率开关器件的交流固态控制已广泛应用于对电子负载的馈电控制中。作为非线性负载，固态变换器从交流母线吸收电流谐波和无功功率。在三相供电系统中，固态变换器导致三相不对称运行并产生大的中线电流。电网谐波、无功功率负荷、不对称运行以及大的中线电流导致系统效率和功率因数的降低，并干扰其它用电设备。上述问题集中体现为电能质量日益恶化。电力质量问题已经引起了致力于发展快速动态响应，采用可控装置解决该问题的电力电子和电力系统工程师的广泛关注。这种装置就是有源滤波器(AF)，也被称作有源线路调节器(APLC)、瞬态无功功率补偿器(IRPC)、电力有源滤波器(APF)或有源电能质量调节器(APQC)[1]。2 有源滤波器的主要类型目前，采用AF技术进行谐波治理、无功功率和中线电流补偿不断成熟。AF技术包括研究不同的拓扑结构、控制策略和固态开关器件。1971年以来，多种不同拓扑结构的单相AF，比如串联有源滤波器[2]、并联有源滤波器[3-5]以及串并联混合滤波器[6]，得到了很大的发展。储能元件为电感的电流源变换器和储能元件为电容的电压源变换器都用来改善单相AF的性能。1976年以来，展开了对三相三线AF的研究，其中并联型、串联型、串并联型（也称为有源电能质量调节器）[7, 8]以及带无源滤波器的串联（或并联）型，都是典型的应用。控制策略是实现有源滤波器的关键，瞬态无功功率理论[9]、同步 理论[10]、同步检测方法[11]以及凹陷滤波方法等许多控制理论和方法都被用于研究三相AF。因为负载不对称，三相四线系统常出现中线电流过大的现象。对此，人们进行了许多尝试，主要包括：消除（或降低）中线电流、进行谐波补偿、负载对称、无功功率补偿等[12, 13]。AF的分类方法多种多样，本文按照供电和负载系统是单相（两线）还是三相（三线或四线）系统对AF进行分类。在实际应用中，有许多单相供电系统供电的非线性负载，也有一些三线供电系统供电的无中线三相非线性负载，还有大量三相四线供电系统供电的三相非线性负载。因此，AF可分为两线式AF、三线式AF和四线式AF三种类型。两线式AF 两线（单相）式AF[14]分为串联有源[2, 15]、并联有源以及串并联相结合的统一线路调节器[6, 14, 15]三种形式。储能元件为电感的电流型PWM逆变器[4, 6, 14, 15]和储能元件为电容的电压型PWM逆变器[3-5, 14, 15]都可以用于研制两线式AF电路。在有些情况下，电能转换也使用有源滤波技术，以改善供电端的输出特性[16]。 (a) 串联AF (b) 并联AF (c) 串并联AF 图1 两线式AF 图1(a)-(c)分别是储能元件为电感的电流源逆变器型串联AF，并联AF和串并联AF的拓扑构图。电压反馈变换器型串联AF可以去掉变压器，将负载和无源L-C滤波器直接并联[2]。串联AF常用于消除电压谐波、降低尖峰电压

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