本文主要介紹的是關(guān)于三相電源濾波器的設(shè)計，以及三相電源濾波器的設(shè)計過程。

電源濾波器

電源濾波器是由電容、電感和電阻組成的濾波電路，又名“電源EMI濾波器”，或是“EMI電源濾波器”，一種無源雙向網(wǎng)絡(luò)，它的一端是電源，另一端是負載。電源濾波器的原理就是一種——阻抗適配網(wǎng)絡(luò)：電源濾波器輸入、輸出側(cè)與電源和負載側(cè)的阻抗適配越大，對電磁干擾的衰減就越有效。濾波器可以對電源線中特定頻率的頻點或該頻點以外的頻率進行有效濾除，得到一個特定頻率的電源信號，或消除一個特定頻率后的電源信號。

電源濾波器就是對電源線中特定頻率的頻點或該頻點以外的頻率進行有效濾除的電器設(shè)備。電源濾波器的功能就是通過在電源線中接入電源濾波器，得到一個特定頻率的電源信號，或消除一個特定頻率后的電源信號。

利用電源濾波器的這個特性，可以將通過電源濾波器后的一個方波群或復(fù)合噪波，變成一個特定頻率的正弦波。

大功率電源的濾波器如Satons、UBS、變頻器等將會產(chǎn)生大量諧波電流，這類濾波器需采用有源電力濾波器APF。APF可對2~50次諧波電流進行濾除。

三相電源濾波器設(shè)計

本文主要以三相有源電力濾波器為例，探討三相電源濾波器設(shè)計過程中相關(guān)問題。
三相有源電力濾波器可實時濾除諧波，及時消除非線性負載中的諧波電流，亦或者是消除電網(wǎng)側(cè)產(chǎn)生的諧波電流，從而有效降低系統(tǒng)電壓畸變率；并可實現(xiàn)動態(tài)無功補償，能夠及時發(fā)出容性無功亦或感性無功，可有效改善系統(tǒng)的功率因數(shù)；可達到降耗節(jié)能的目的，有效降低線路損耗與變壓器損耗，能夠有效緩解設(shè)備發(fā)熱的問題，同時延長設(shè)備應(yīng)用時間，并確保電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠。三相有源電力濾波器對現(xiàn)代電力系統(tǒng)發(fā)展有著極大現(xiàn)實意義，但三相有源電力濾波器設(shè)計水平偏低，因此探討三相有源電力濾波器設(shè)計，對電力系統(tǒng)有效運行有著極大現(xiàn)實意義。

一、三相有源電力濾波器簡論

?1、有源電力濾波器?

電力電子設(shè)備及非線性負載現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用，這時的諧波電流及無功電流被大量注進電網(wǎng)，從而威脅著電網(wǎng)及電氣設(shè)備的運行及其正常使用。有源電力濾波器為動態(tài)抑制諧波及補償無功的設(shè)備裝置，此類電力電子設(shè)備可對頻率及大小變化諧波、無功等有效補償，其為十分理想的補償諧波設(shè)備，為十分理想的補償諧波設(shè)備。有源電力濾波器具備極高可可控度，其反映速度十分快速，可及時跟蹤補償各諧波與需要的無功功率，而此特性并不會受到系統(tǒng)的影響，無諧波可合理放大，其體積與重量小。單臺有源電力濾波器造價與技術(shù)、容量均被制約，大容量有源電力濾波器研究已獲得諸多成就，三相有源電力濾波器被廣泛用于電力系統(tǒng)中，但此方式結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，控制程序亦十分繁瑣，設(shè)計工作難度大。

2、三相有源電力濾波器?

三相有源電力濾波器具備諸多良好的性能特點，其可濾除的諧波次數(shù)范圍非常廣泛，通?？蔀V除2-50次諧波，為可濾波除特征諧波，亦可濾除非特征濾波；諧波濾除效率高，于額定功率下的諧波電流除率為95%；響應(yīng)速度極快，諧波補償電流響應(yīng)時間超過10MS；能夠單相動態(tài)為電力系統(tǒng)注進補償電流，從而有效改善系統(tǒng)三相不平衡的問題；可自動消除諧振，確保各設(shè)施設(shè)備與系統(tǒng)安全運行；可設(shè)定輸出與最大100%限流輸出，確保設(shè)備長時間穩(wěn)定運行；具備濾波與無功補償功能，比如感性與容性，從而實現(xiàn)濾波或是補償功能；其操作界面簡單便捷；界面可實時顯示電壓與電流、諧波等參數(shù)，并且菜單設(shè)置靈活合理，可選擇消諧模式、無功補償模式與諧波無功可實現(xiàn)同時補償模式，且具備目標(biāo)功率因數(shù)與輸出電流，能夠及時記錄實時故障，設(shè)計選型簡單合理，安裝及其操作、維護工作亦非常簡單；可可10臺擴展并聯(lián)運行；保護措施簡單完善，具備系統(tǒng)電壓過壓保護及欠壓保護、輸出過流保護、過熱保護、控制電壓欠壓保護。其工作原理主要是實時檢測電網(wǎng)中的負載電流，從而將諧波電流分量合理分離，以諧波電流大小發(fā)出控制指令，達到實時產(chǎn)生大小相等與方向相反補償電流，并將補償電流注進電網(wǎng)中，這時則可實現(xiàn)瞬時抵消濾除諧波電流的目的，并實現(xiàn)無功補償。

二、三相有源電力濾波器主電路參數(shù)選擇?

三相有源電力濾波器主電路參數(shù)及其系統(tǒng)模型會嚴重影響系統(tǒng)控制效果，選擇適當(dāng)?shù)闹麟娐穮?shù)對濾波器穩(wěn)定運行十分關(guān)鍵，亦是有效控制性能的重要條件，本文對此進行了下述幾方面分析：?1、交流側(cè)電感選擇?

有源電力濾波器指令電流中的諧波及暫態(tài)電流十分關(guān)鍵，要求實際輸出電流可有著良好的跟蹤能力，有源電力濾波器補償對象確定時，有源電力濾波器主電路參數(shù)選擇及其性能、效率息息相關(guān)。電感有通低頻及阻高頻電流會導(dǎo)致有源濾波器補償電流中均是諧波電流，電感值設(shè)計與電流跟蹤性能及其補償效果息息相關(guān)。主電路參數(shù)是互相制約的，不可單獨的選擇電感值。穩(wěn)定的電流跟蹤能力為有源電力濾波器運行中諧波補償?shù)闹匾獌?nèi)容，與最終的諧波補償效果息息相關(guān)，電網(wǎng)電壓及濾波器直流側(cè)電容電壓確定時，補償電流跟蹤效果與主電路功率器件開關(guān)頻率及補償電流瞬時變化率息息相關(guān)。

（1）器件開關(guān)頻率?

器件開關(guān)頻率對濾波器運行非常重要，有源電力濾波器的目的就是產(chǎn)生諧波，這時則強調(diào)系統(tǒng)具備更高的電流帶寬。若開關(guān)頻率太低則表示主電路電流帶寬低，輸出高頻率電流分量難度較大，這時系統(tǒng)則缺乏相應(yīng)的諧波補償能力，從而導(dǎo)致補償效果偏低。?

（2）電流波形?

就電流波形而言，偏低的開關(guān)頻率會導(dǎo)致補償電流中存在的紋波成分不斷增大，隨之而來的系統(tǒng)損耗亦加大，電流跟蹤效果則隨之惡化；若開關(guān)頻率高時，會使得開關(guān)功率耗損增大，從而提高了系統(tǒng)損耗，系統(tǒng)效率亦持續(xù)降低。?

（3）補償電流?

補償電流瞬時變化率會面對兩個互相矛盾的問題，有源電力濾波器中的主電路應(yīng)具備更高的補償電流變化率，確保補償具備更大的電流變化率，非線性負載中亦可產(chǎn)生補償電流，從而達到諧波補償?shù)哪康?。補償電流波形與被補償?shù)呢撦d電流波形息息相關(guān)，而被補償?shù)呢撦d電流變化率大時，對濾波器的要求就會更高；再是補償電流變化率不可太高，以便適應(yīng)對補償電流紋波大小的要求。若補償電流中的變化率太大，則會導(dǎo)致濾波器輸出電流超調(diào)，從而于補償電流中出現(xiàn)極大的紋波毛刺使得補償效果失靈。主電路參數(shù)設(shè)計時，電網(wǎng)電壓及濾波器直流電容電壓確定條件下，濾波器變化率均是由交流側(cè)接口電感產(chǎn)生的，主電路參數(shù)間存在的互相關(guān)聯(lián)與制約關(guān)系十分重要，電感參數(shù)要可保證系統(tǒng)具備高電流帶寬、動態(tài)性能、低開關(guān)損耗，以確保濾波器運行安全穩(wěn)定。

（4）串聯(lián)電感?

串聯(lián)電感設(shè)計時，若電流過零，則電流變化率大，這時的電感務(wù)必小，才能更好的適應(yīng)快速跟蹤電流的要求；再是正弦電流峰值的輸出電流紋波極為嚴重，而這時的電感要大，要適應(yīng)開關(guān)抑制諧波電流的要求。?2、直流母線額定電壓選擇?

要全面分析空間矢量控制下的三相有源電力濾波器工作過程，確定其間主電路參數(shù)選擇互相聯(lián)系，不可僅注重其間某個。三相有源電力濾波器直流側(cè)電容電壓會因外部因素而限制，這時則應(yīng)全面分析特定待補償非線性負載的實際情況，合理選擇直流側(cè)電容電壓。有源電力濾波器直流側(cè)電容電壓選擇與特定被補償非線性負載息息相關(guān)，并與交流側(cè)接口電感及電網(wǎng)電壓矢量問題密不可分。有源電力濾波器直流側(cè)電容電壓臨界值選擇及其補償電流特定為諧波分布特性，交流側(cè)接口電感參數(shù)與其亦是息息相關(guān)，其并不是簡單的固定數(shù)值。

3、直流母線電容選擇?

有源電力濾波器為直流側(cè)電容充、放電過程，其間濾波器性能與穩(wěn)態(tài)工作下的直流側(cè)電容電壓應(yīng)保持不變。電容量大小會嚴重影響到電壓波動，若電容大則電壓波動小，有源濾波器具備良好的濾波效果；但若電容大則成本會隨之增加。直流側(cè)電容的目的是給變流器提供相應(yīng)的電壓參考，直流電壓于變流器實際工作中務(wù)必保持穩(wěn)定，變流器中的開關(guān)器件會因工作而出現(xiàn)損耗，這時穩(wěn)定直流電壓則十分關(guān)鍵，應(yīng)于系統(tǒng)中吸收有功電流，以達到維持直流電壓穩(wěn)定的目的。直流側(cè)電容多用來穩(wěn)定電壓源型變流器，其屬于穩(wěn)定的直流電壓源，負序和諧波電流于直流電容側(cè)時，會出現(xiàn)相應(yīng)的能量脈動，且因開關(guān)的作用及有源電力濾波器交流側(cè)電感儲能而出現(xiàn)能量脈動的問題諸多，這些均需直流側(cè)電容合理緩沖。

4、交流側(cè)輸出濾波器設(shè)計?

有源電力濾波器的目的是為了處理電網(wǎng)中的非線性負載導(dǎo)致的諧波電流引起的電能質(zhì)量問題所設(shè)計的電力電子設(shè)備，可檢測其負荷側(cè)電流獲得畸變電流分量，再以逆變器生成脈寬調(diào)制波，通過輸出低通濾波器濾除開關(guān)波紋，之后再將其融于電網(wǎng)中，生成相應(yīng)的補償電流再注進電網(wǎng)中，充分抵消負載諧波電流，確保電源側(cè)電流與正弦波接近，有效改善電網(wǎng)電能質(zhì)量。輸出電流中存在50次及以下的諧波電流，開50次以上的諧波分量要全部濾除。通常采用LCL濾波器，此濾波器電感電容大小合理，濾波器于高頻位置時，能夠得到良好的衰減，且系統(tǒng)阻抗對輸出電流影響小。

三、三相有源電力濾波器實現(xiàn)影響分析?

三相有源電力濾波器實現(xiàn)主要是諧波分析、電流內(nèi)環(huán)跟蹤控制、直流母線電壓穩(wěn)定、驅(qū)動信號生成等。若母線電壓低于設(shè)定值，則有源電力濾波器可于電網(wǎng)中穩(wěn)定吸收能量；若母線電壓高于設(shè)定值時，則有源電力濾波器會于電網(wǎng)中釋放有功能量，合理維持直流母線電壓穩(wěn)定。有源電力濾波器驅(qū)動信號生成，大都是以SPMW調(diào)制方式實現(xiàn)的，開關(guān)頻率應(yīng)選擇125kHz，本文對三相有源電力濾波器實現(xiàn)影響進行了下述分析：

1、負載突變對直流母線電壓造成的影響?

全諧波檢測算法是以負載電流降低通濾波器輸出電流實現(xiàn)的，低通濾波器輸出固有時延是，會導(dǎo)致負載突變時的直流電流中生成基波殘留。而負載突然降低時，則有源電力濾波器可由電網(wǎng)中吸收相應(yīng)的有功能量，促使有源電力濾波器母線電壓快速提高；反之則母線電壓會突然降低。新型諧波檢測算法并不需要通過負載電流減濾波器輸出量，可通過簡單的方式提取諧波指令，負載突變時的指令電流中不存在基波，亦不會造成有源電力濾波器直流母線電壓出現(xiàn)大范圍變化。負載突變時的全諧波算法可有效維持直流母線電壓穩(wěn)定，而直流母線電壓波動大，新諧波算法直流母線電壓無波動，可以說新諧波算法有助于系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

2、相位誤差對無功電流檢測造成的影響?

瞬時無功功率理論下的dp法實時性良好，且計算量不多，電網(wǎng)中的電壓出現(xiàn)畸變時，亦可準(zhǔn)確無誤的檢測電流中存在的諧波和無功電流，其可快速檢測出電流。系統(tǒng)中的電網(wǎng)電壓正弦量及坐標(biāo)變化正弦量間會存在相位差，會造成檢測結(jié)果測量誤差，通常相位差的產(chǎn)生為兩個原因，其一是因電網(wǎng)電壓不對稱而導(dǎo)致其間存在負序電壓，過零檢測鎖相方式坐標(biāo)變換正、余弦信號相位是系統(tǒng)電壓所決定的，亦是和正序電壓及負序電壓分量和相同，但是期望的正弦信號要與正序分量為同相；其二是因鎖相不準(zhǔn)確而導(dǎo)致相位出現(xiàn)偏移。坐標(biāo)變換中正弦量相位差導(dǎo)致基波有功電流檢測中存在誤差，而這時則不可正確檢測諧波與無功電流。負荷電流畸變不對稱時的電壓亦是不平衡的，亦或者是其關(guān)鍵環(huán)節(jié)的誤差使得其間存在較大的相位差，諧波與無功電流亦存在相應(yīng)的誤差，這時亦會嚴重影響控制直流電壓的有功分量，同時影響了相位差。而此問題均是以dp坐標(biāo)閉環(huán)鎖相方式、過零檢測修正鎖相方式、電源電壓矢量同步參考坐標(biāo)法等方式來處理。

3、低通濾波器對檢測誤差造成的影響?

直流量提取是通過低通濾波器實現(xiàn)的，濾波器性能會直接影響檢測誤差，通常是期望能夠濾除全部的交流分量而得到純的直流量，這時低通濾波器實現(xiàn)純直流濾波則難度較大。?

社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，電力行業(yè)更加注重高次諧波抑制的重要性，并強調(diào)諧波污染的降低，諸多新型有源濾波系統(tǒng)亦應(yīng)時而生，且設(shè)施設(shè)備均是不同的，電力系統(tǒng)運行亦要求可準(zhǔn)確快速地補償電網(wǎng)諧波電流，亦或者是諧波電壓，有源濾波器若需實現(xiàn)如此效果，則系統(tǒng)電路設(shè)計務(wù)必科學(xué)合理，但這多依賴于三相有源電力濾波器的設(shè)計。有源電力濾波器應(yīng)具備良好的電壓控制功能及高性能電流控制功能，電壓控制性能務(wù)必具備良好的穩(wěn)態(tài)精度，并以合理的動態(tài)性能安全啟動控制。本文對三相有源電力濾波器進行了簡論，探討了三相有源電力濾波器主電路參數(shù)選擇，并分析了三相有源電力濾波器實現(xiàn)影響，為三相有源電力濾波器設(shè)計提供參考依據(jù)。

怎樣檢測三相電源濾波器的好壞

連接一個信號發(fā)生器，輸入正弦交流電，通過濾波器和示波器測量輸入電流中直流成份和交流成份的電壓比值，若比值較小，則濾波器不正常，若比值較大，也就是直流占的比例較大，說明濾波器把交流給過濾了，也即是濾波器完好。

結(jié)語

關(guān)于三相電源濾波器的設(shè)計相關(guān)就介紹到這了，本文擬作參考希望能對你有所幫助，如有不足之處還望海涵。