电力有源滤波器应用分析

电力有源滤波器应用分析

刘南南

中海石油 (中国 )有限公司天津分公司渤南作业公司 天津市滨海新区。 300452

摘要：在社会经济高效化发展的过程中，使大量的电力电子设备得到了广泛的应用,不仅能够节约电能资源，还可以提高生产作业的实施效率。为了避免对公用电网用电环境造成影响，维持用户设备的稳定运行，需要通过对有源电力滤波器的工作原理加以分析,借助有源电力滤波器的优越性能,在减少系统影响的情况下，保障了系统设计的完善性。在补偿谐波的工程中，在补偿无功和不平衡的阶段，同样凸显出了有源电力滤波器的应用效果.

关键词：电力系统；有源滤波器；具体应用

引言：由谐波引发的电网问题，受到了社会各界的广泛关注和高度重视，需要对电能质量予以合理的评判，将谐波指标作为重要的考虑因素，在研究谐波治理项目的过程中，借助有源电力滤波器等关键技术，在合理使用的情况下，保障了电网系统的供电质量。

一、分析有源电力滤波器的原理和技术

（一）分析有源电力滤波器的基本原理

在三相电路当中，由于出现了电路阻抗以及电力电子器件等开关动作，所以存在谐波等方面的损耗，并且损耗了相应的有功功率。为了能够维持有源滤波器的正常运转，在直流侧的区域，需要配备完善的储能元件。在筛选直流侧储能元件的过程中，需要将有源电力的滤波器主电路划分成为两个不同的部分，如：电压源型和电流源型等等。当实际所选取的电容能够被作为直流侧的储能元件时，那么可以将其作为电压源型阶段的补偿装置进行使用；而当选取直流储能元件属于电感时，则需要将其作为电流源型的补偿装置进行使用。

现阶段对于投入到工业现场生产环节所使用的有源滤波器来说，在通常情况下，是以电压源型的主电路为主，且有源电力滤波器通常属于并联的状态。通过对谐波电流进行检测，从电流以及电压传感器等两个不同的层面，对负载电流的实际情况进行采集，从中提取出谐波的分量，利用运算控制系统，借助电路生成相应的指令电流，并将其与三角载波进行比较，从而产生了PWM信号，最后再将此类信号传输到驱动电路控制器当中。在控制电力电子器件通断的情况下，发出与被补偿电流幅值相一致的相位，并以反向的电流形式传输到系统当中，从而达到互相抵消的效果，有效抑制系统测的谐波。

（二）电压外环控制相关策略

在开展治理补偿工序的过程中，需要保障APF装置直流电容电压的稳定性，避免对最终的补偿效果造成不良影响。由于电容和IGBT的实际耐压值具有一定的限度，若无法保障电压的可控性，则容易带来安全性等方面的问题，所以需要保证控制策略具有稳压的特性。当电容当中的点是三相四线APF，在直流侧的电容当中能够与电网的N相进行直接连接，那么在三相电流平衡的过程中，若无法保障零序电流等基本前提，那么中线的电流值在此时则为零，在系统的运行阶段，无法保障三线电流的完全相同。另外，在充分考虑硬件所产生的偏差过程中，中线当中必须要有电流经过，所以会导致上下的电容阻电压缺乏平衡性。为此，在制定电压外环控制策略的过程中，需要以稳压和均压等两个环节为主，保障控制策略的实效性。

（三）分析电流内环控制策略

通过对控制对象的实际情况加以探究，可以看出实际的控制对象具有差异化的特点，那么可以针对有源电力滤波器的电流跟踪控制策略进行区分，将其划分成为间接电流控制和直接电流控制等两种不同的类型。一方面，在使用间接电流控制的过程中，实际上是针对有源滤波器出口测的电压进行控制，将此类控制作为基础目标，通过对出口测的电压和系统电压进行降压处理，从而在电抗器当中，产生了以补偿形式为主的电流。需要注意的是，在使用间接电流控制方法时，PWM所输出的电压和电路的参数具有直接关系。另一方面，在使用直接电流控制方法时，需要将有源滤波器所输出的电流，作为闭环输入阶段的主体，通过将其余指令当中所提出的电流进行比较，再利用PI调节的方法，对实际所发出的电流予以合理的控制，不仅能够保障实际的控制效率，还可以在提高精准程度的基础上，避免受到电路参数值所带来的影响。

二、分析电力有源滤波器的具体应用

（一）设计有源电力滤波器的控制电路

一方面，需要设计相应的运算电路。对于核心运算电路来说，在实际的设计过程中，需要使用DSP和FPGAf等设计方案，在协同运作的基础上，确保核心板的主要功能得以有效发挥，并顺利的提取出采样信号当中所包含的谐波分量，利用PI调节方法之后，能够产生相应的指令电流以装置故障判断的形式，保障了判断工序的实时性。三角载波会在FPGA当中产生，通过对调制波和三角载波的相互比较，从而产生了PWM控制信号，在驱动模块的控制作用下，能够实现对IGBT的有效通断，并将故障的状态传递给DSP系统中，由DSP重新发送命令。

另一方面，需要对信号调理电路进行设计，由于以DSP28335的AD模块在采集信号的过程中，只能以单极性的信号为主，并且对幅值带来了一定的限度，所以在系统中所采集到的交流信号，并不能够以直接的形式传送到DSP28335的AD模块当中。所以，需要通过对直流分量的相互叠加，在比例变换的情况下，为交流信号的传输奠定有利基础。

（二）设计有源电力滤波器的主电路

一方面，在选择直流侧电容参数时，需要在实际的应用过程中，对有源滤波器的系统阻抗加以分析，可以看出会消耗大量的能量，且功率器件的开关同样也需要消耗有功。当电容电压波动情况相对较大时，则会对最终的稳定性和安全性造成直接影响，所以需要在选择电容值的过程中，对体积和经济性等方面的问题予以综合考虑，确保电容电压的波动趋势能够被控制在合理的范围之内。

另一方面，在选择功率开关器件的过程中，需要结合APF的实际应用需求，在此基础上对相应的器件做出合理的筛选。最终可以看出，全控型的器件属于适宜性的器件类型。通过对门级可关断晶闸管、电力晶体管、电力场效应晶体管以及绝缘栅双极晶体管的对比，可以看出相较于其他类型的全控型器件来说，绝缘栅双极晶体管的实际开关效率相对较高，所产生的损耗普遍较小，能够发挥出高输入抗阻等方面的优势。所以，在有源滤波器的应用过程中，通常会选用绝缘栅双极晶体管作为开关器件。

结束语：为了保障公用电网的供电质量，需要对谐波所引发的电网问题予以高度的重视，通过对有源滤波器设计和应用加以分析，掌握谐波的动态变化趋势，基于准确实时的跟踪和补偿形式，避免最终的补偿效果受到电网参数所带来的影响，不仅可以采用数字化的设计，还能够保证软件功能的灵活程度。

参考文献：

[1]戚坤基.新型电力有源电力滤波器参数设计及应用[J].2021,(19):175-176.

[2]张淼,石响,黄李泽.一种新型有源电力滤波器及其控制策略研究[J].电力电子技术,2021,(08):3-4.