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有源濾波器的原理

工程師 ? 來源:網(wǎng)絡(luò)整理 ? 作者:h1654155205.5246 ? 2018-08-31 17:49 ? 次閱讀
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有源濾波器

有源濾波器之所以稱為有源,顧名思義該裝置需要提供電源(用以補償主電路的諧波),其應(yīng)用可克服LC濾波器等傳統(tǒng)的諧波抑制和無功補償方法的缺點(傳統(tǒng)的只能固定補償),實現(xiàn)了動態(tài)跟蹤補償,而且可以既補諧波又補無功。

三相電路瞬時無功功率理論是APF發(fā)展的主要基礎(chǔ)理論,APF有并聯(lián)型和串聯(lián)型兩種,前者用的多;并聯(lián)有源濾波器主要是治理電流諧波,串聯(lián)有源濾波器主要是治理電壓諧波等引起的問題。有源濾波器同無源濾波器比較,治理效果好,主要可以同時濾除多次及高次諧波,不會引起諧振,但是價位相對高。如圖所示為有源濾波結(jié)構(gòu)圖。

有源濾波器原理圖

有源電力濾波器,是采用現(xiàn)代電力電子技術(shù)和基于高速DSP器件的數(shù)字信號處理技術(shù)制成的新型電力諧波治理專用設(shè)備。它由指令電流運算電路和補償電流發(fā)生電路兩個主要部分組成。指令電流運算電路實時監(jiān)視線路中的電流,并將模擬電流信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號,送入高速數(shù)字信號處理器(DSP)對信號進(jìn)行處理,將諧波與基波分離,并以脈寬調(diào)制(PWM)信號形式向補償電流發(fā)生電路送出驅(qū)動脈沖,驅(qū)動IGBT或IPM功率模塊,生成與電網(wǎng)諧波電流幅值相等、極性相反的補償電流注入電網(wǎng),對諧波電流進(jìn)行補償或抵消,主動消除電力諧波。

下圖是最基本的APF系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖,非線性負(fù)載為諧波源,其中下面部分是APF。

有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖可以看出,APF系統(tǒng)包含兩大部分,即指令電流運算電路和補償電流發(fā)生電路。目前主電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)均采用的PWM變流器。圖示的APF的基本工作原理是:檢測補償對象的電壓電流,經(jīng)過指令電流運算環(huán)節(jié)計算得出補償電流的指令信號,驅(qū)動控制回流根據(jù)指令信號產(chǎn)生PWM脈沖作用于變流器的開關(guān)器件,使其產(chǎn)生與諧波和無功電流大小相同、方向相反的補償電流,使電網(wǎng)電流波形趨于正弦波,達(dá)到補償?shù)哪康摹?/p>

有源濾波器的作用

有源濾波器的主要作用是緩沖基波和諧波的能量,并按一定規(guī)律輸入輸出電壓或電流,因此有源濾波器的主電路有四象限變流器其儲能環(huán)節(jié)組成。按照有源電力濾波器的主電路形式分類,根據(jù)其直流側(cè)儲能元件的不同可分為電壓型和電流型,如圖所示。

有源濾波器原理圖

電壓型變流器的儲能環(huán)節(jié)采用電容器,直流側(cè)電壓經(jīng)過閉環(huán)控制保持基本不變,可等效為一個可控電壓源。它的控制方法是根據(jù)要求控制輸出電壓,使之與電源電壓在輸出端電抗器相減而得到所需要的補償電流。電壓型變流器具有電路結(jié)構(gòu)簡單、對半導(dǎo)體器件要求不高、能量損耗小、控制易于實現(xiàn)等優(yōu)點。但它存在一個嚴(yán)重的缺點:由于直流側(cè)為電容,一旦發(fā)生某個橋臂短路,就會造成直流貫通短路,所以電壓型變流器可靠性相對較低,必須在軟硬件上采取保護(hù)措施,即同一橋臂的上、下元件必需保持互鎖關(guān)系,并有死區(qū)封鎖時間。

電流型有源濾波器的變流器的儲能環(huán)節(jié)是電感元件,經(jīng)閉環(huán)控制保持直流側(cè)電流基本不變,可等效為一個可控的電流源。它是將直流電流調(diào)制成一個脈沖列,再通過交流輸出端上的交流濾波器解調(diào)成所要求的電流。其直流側(cè)電流應(yīng)與最:大補償電流相匹配。由于電流型變流器直流側(cè)的儲能元件是電感,故在裝置發(fā)生貫穿短路等故障時,有限制故障電流急劇增加的作用。

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