有源電力濾波器的原理理論基礎(chǔ)綜述目錄TOC\o"1-3"\h\u26656有源電力濾波器的原理理論基礎(chǔ)綜述 1250781.1有源電力濾波器的原理 1151841.2有源電力濾波器的分類 3164171.1.1按儲能元件不同分類 337751.1.2按接入電網(wǎng)方式不同分類 473351.2三相三線制并聯(lián)型有源電力濾波器的結(jié)構(gòu) 648241.3.1三相三線制并聯(lián)型有源電力濾波器的拓撲結(jié)構(gòu) 6268681.3.2三相三線制并聯(lián)型有源電力濾波器的數(shù)學(xué)模型 7131261.4小結(jié) 81.1有源電力濾波器的原理有源電力濾波器可以動態(tài)的補償諧波的裝置。系統(tǒng)向非線性負載供電，非線性負載消耗電能并產(chǎn)生諧波，對電網(wǎng)的產(chǎn)生了污染。為解決諧波的影響，在系統(tǒng)中引入有源電力濾波器。有源電力濾波器的作用是產(chǎn)生補償電流來消除諧波，補償電流與諧波電流大小相反方向相同。系統(tǒng)諧波源IsIlI系統(tǒng)諧波源IIIAPF圖2-1 有源電力濾波器的原理圖由圖（2-1），假設(shè)非線性負載端的電流Il；有源電力濾波器產(chǎn)生的補償電流Ic；電力系統(tǒng)提供的電流Il=Ic+非線性負載端的電流Il可以分為兩部分一部分是基波電流Ilf；一部分是諧波電流IIl=為保證系統(tǒng)的正常運行，系統(tǒng)中的電流應(yīng)該為正弦電流。即Is=Ilf。結(jié)合式（2-1）、（2-2）則有源電力濾波器產(chǎn)生的補償電流Ic=Ilf=I若有源電力濾波器產(chǎn)生的補償電流為Ic=此時系統(tǒng)中只有基波有功電流。有源電力濾波器產(chǎn)生一個與諧波相同的電流量，將諧波抵消，使電網(wǎng)中沒有諧波。1.2有源電力濾波器的分類圖2-2 有源電力濾波器的分類1.1.1按儲能元件不同分類按有源電力濾波器的直流側(cè)的不同分為電壓型、電流型。電流源型有源電力濾波器是直流側(cè)的電源為電流源的逆變電路。但是理想的直流電流源不存在，一般是在逆變電路串聯(lián)一個大電感，由于大電感的作用使直流側(cè)的電流基本無脈動，可以把大電感視為一個直流電流源。由于直流側(cè)的電感一直有電流流過，且直流回路呈高阻抗，所以大電感的損耗極大。且電流源型有源電力濾波器不能應(yīng)用于多電平場合。電壓源型有源電力濾波器是有一個大電容充當(dāng)電壓源。當(dāng)電流型正常工作時，由于大電容的作用使電壓基本無脈動。由于這種結(jié)構(gòu)便宜、輕便，還可以擴展為多電平結(jié)構(gòu)，在開關(guān)頻率較低時有良好的性能。但當(dāng)同一相的開關(guān)器件同時開通時，直流側(cè)的電源會短路。為防止這種情況的發(fā)生，應(yīng)再要導(dǎo)通的器件導(dǎo)通前，使要關(guān)斷的器件關(guān)斷，并在兩者留一個死區(qū)時間。器件的開關(guān)速度決定了死區(qū)時間的長短。電壓源型有源電力濾波器比電流源型有源電力濾波器損耗小效率高。因此大多數(shù)有源電力濾波器都采用電壓型。圖2-3 電壓源型有源電力濾波器圖與電流源型有源電力濾波器1.1.2按接入電網(wǎng)方式不同分類按接入電網(wǎng)的方式，有源電力濾波器可以分為串聯(lián)型并聯(lián)型和串并聯(lián)型。串聯(lián)型有源電力濾波器經(jīng)耦合變壓器串聯(lián)接入電力系統(tǒng)，可以等效為一個受控電壓源，可以消除電壓型諧波。由于系統(tǒng)的接入側(cè)有耦合變壓器，但是電壓器在直流系統(tǒng)中存在直流磁飽和，所以串聯(lián)型有源電力濾波器只應(yīng)用在交流系統(tǒng)中。串聯(lián)型有源電力濾波器的各種操作比并聯(lián)型的復(fù)雜。目前單獨使用串聯(lián)型有源電力濾波器的比較少。圖2-4 串聯(lián)型有源電力濾波器的基本拓撲結(jié)構(gòu)與并聯(lián)型有源電力濾波器的基本拓撲結(jié)構(gòu)并聯(lián)型有源電力濾波器與系統(tǒng)并聯(lián)可等效為一個受控電流源，主要適用于電流源型感性負載諧波補償。并聯(lián)型有源電力濾波器的技術(shù)非常成熟，工業(yè)上的有源電力濾波器大多應(yīng)用并聯(lián)型。但是當(dāng)單獨使用并聯(lián)型有源電力濾波器去除諧波時，有源電力濾波器的容量很大。串并聯(lián)型有源電力濾波器也稱統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器，是由串聯(lián)型和并聯(lián)型兩種結(jié)構(gòu)綜合而成。串并聯(lián)型有源電力濾波器不僅僅具備串聯(lián)型和并聯(lián)型的全部補償作用，而且具有短時間不間斷供電等功能，是最理想功能最強大的有源電力濾波器的結(jié)構(gòu)。但是成本極高（需要的開關(guān)器件較多）且控制復(fù)雜。圖2-5 串并聯(lián)型有源電力濾波器的基本拓撲結(jié)構(gòu)單相結(jié)構(gòu)的有源電力濾波器多用于小功率場合。對于三相系統(tǒng)，濾波器及主電路的選擇取決于三相是否平衡。由于運用在三相四線制有源電力濾波器上的三位空間矢量控制技術(shù)是二維空間矢量控制技術(shù)的拓展，本文選擇三相平衡的三相三線制并聯(lián)型有源電力濾波器進行研究。1.2三相三線制并聯(lián)型有源電力濾波器的結(jié)構(gòu)1.3.1三相三線制并聯(lián)型有源電力濾波器的拓撲結(jié)構(gòu)本文以三相三線制并聯(lián)型有源電力濾波器為研究對象，有源電力濾波器的拓撲結(jié)構(gòu)如圖所示。ea(t)LeLoR1ReeLR1LR諧波源ooRRLeLeLLiiVTVTR2VTRVTVTiaiuCaiCaibbcciiNNVT4VTVTVTVT圖2-8 三相三線制有源電力濾波器的拓撲結(jié)構(gòu)如圖（11）所示三相三線制并聯(lián)型有源電力濾波器由三個橋臂組成的逆變器構(gòu)成，電容為直流側(cè)的儲能元件。逆變器既可以運行整流模式，又可以運行于逆變模式。當(dāng)直流側(cè)的電容為交流側(cè)的逆變器提供能量時，為逆變模式；當(dāng)交流側(cè)的電網(wǎng)為直流側(cè)的電容充電時，為整流模式。1.3.2三相三線制并聯(lián)型有源電力濾波器的數(shù)學(xué)模型定義單極性二值邏輯開關(guān)函數(shù)SnSn=1上橋臂導(dǎo)通，下橋臂斷開利用基爾霍夫電壓定律建立回路方程建立a相回路方程Ldia當(dāng)a相的上橋臂導(dǎo)通下橋臂關(guān)斷時，開關(guān)函數(shù)Sa=1，此時uan=udc；當(dāng)a相的上橋臂關(guān)斷下橋臂導(dǎo)通時，開關(guān)函數(shù)SaLdiadt+Ri同理可得b相的回路方程Ldibdt+Rib=eb-同理可得c相的回路方程 Ldicdt+Ric=ec-Sc 整理得Ldia由于是三相對稱系統(tǒng)，則ea+eb聯(lián)立（1.9）、（1.10），得uNo=?流過直流側(cè)電容的電流為：idc對直流側(cè)電容正極節(jié)點處采用基爾霍夫電流定律，得Cudc結(jié)合式（1.9）（1.11）（1.13）得并聯(lián)型APF的數(shù)學(xué)模型。Ldi1.4小結(jié)本章介紹了有源電力濾波器的原理，并對有源電力濾波器進行了分類。詳細地介紹了各種有源電力濾波器的優(yōu)點與缺點