LMAPF有源电力滤波器的开发与应用
1 前言随着电力电子(PE: Power Electronic)技术的迅速发展，PE装置的工业市场和应用领域正在不断地扩大，越来越多的电气设备对取用的电能形式和质量，以及对功率流动的控制与处理提出了新的要求。作为供电电源和用电设备之间的非线性接口，在实现功率控制和处理的同时，所有PE装置均不可避免地产生非正弦波形，向电网注入谐波电流，且随着功率变换装置容量的日益增大，使用数量的迅速上升和控制形式的多样化等，对电气环境将形成一大公害。 在不采取限制或消除谐波电流、电压的措施下，如果按照PE装置容量和电力系统短路容量的相对大小，来选择主电路连接形式和控制形式，就势必使谐波分量达到不能允许的程度，其后果是很严重的。表现在：对电子线路和通信系统产生强烈的电磁干扰(EMI)，谐波电流引起电网LC谐振，使电网高压电容过流、过热而爆炸；使线路上的变流装置交流输入端功率因数降低，发电、配变电设备的功耗加大、效率降低；大量的无功功率引起电网电压波动，使交流电机转矩脉动、温升增高；使电气设备的保护系统误动作而造成重大事故。尤其近年来新型PE器件的工作频率不断提高，器件开关的高频di/dt、du/dt效应使EMI问题日趋严重，和其它环境污染一样，谐波导致的“电气环境污染”影响广泛而深远，治理谐波问题已引起普遍关注和重视，抑制谐波势在必行。 2 谐波抑制技术的分类与性能比较谐波抑制是提高电能质量，保证供用电设备安全可靠运行的重要手段之一，目前，谐波的抑制方法有补偿和改造谐波源两大类。补偿法是对谐波采取滤波或补偿的方法。通常采用无源滤波装置或有源滤波装置，对谐波或无功功率进行补偿。无源滤波器(PF: Passive Filter)也称为LC滤波器，这是最早采用的无源滤波装置；有源滤波装置则是利用PE变流技术构成的有源滤波器或无功发生器等。改造谐波源的方法有整流装置的多重化技术，采用先进控制技术的新型整流器等。 作为无源滤波器的LC滤波器，由滤波电容器、滤波电抗器和电阻器适当组合而成。因其具有结构简单、设备投资少、运行可靠性高、运行费用较低等优点成为应用最多的谐波补偿装置。LC滤波器又分为单调谐滤波器、双调谐滤波器及高通滤波器等几种。实际应用中经常是由几组单调谐滤波器和一组高通滤波器组成的滤波装置。高通滤波器也称为减幅滤波器(damped filter)，它能在较宽广的频率范围内滤出较高次的谐波，比较适合于一些大功率的应用场合（如电弧炉等）。但无源滤波其滤波效果依赖于系统阻抗特性，并容易受温度漂移、网络上谐波污染程度、滤波电容老化及非线性负荷变化的影响。此外还存在以下缺点： 只能抑制按设计要求规定的谐波成分，有时由于高次谐波的成分复杂，必须同时加入多个滤波电路，使整个无源滤波装置的体积增大、损耗增加。同时考虑到成本问题，不可能仅靠增加无源滤波器数量来提高滤波效果； 谐波电流过大时可能导致无源滤波器的过载，损害设备； 无源滤波器的滤波效果将随系统的运行情况而变化，特别对电网阻抗和频率变化非常敏感，在这种情况下难以保证滤波效果； 无源滤波器需要使用大量的电感、电容元器件，响应速度慢，占地面积大，维护工作繁重，成本增大。 与无源滤波器相对应的是有源电力滤波器(APF: Active Power Filter)。谐波源一般为非线性负载，如整流器等，产生谐波电流I，供电系统一般为保护对象；APF的作用是产生与谐波源的谐波电流具有相同幅值而相位相反的补偿电流-I，以达到消除谐波的目的。与无源滤波器相比，APF是一种主动型的补偿装置，具有较好的动态性能。特别是基于电压源型的APF，结构简单、质量轻、损耗小、价格便宜以及容易实现多重化，从而降低开关器件的开关频率。因此，在工业领域，这种APF，通常被考虑为优先研发的应用项目。下面重点介绍河南亮明电控设备有限公司,新近开发的LMAPF有源滤波器的性能和特点，以及其应用情况。 |
