有源电力滤波器在小区配电系统中的应用与选型
安科瑞陈伟 acrelchenwei
随着科学技术的发展，大量的电力电子装置广泛的应用于工业的冬个领域，给工业带来了翻天覆地的变化，但大量电力电子装置的广泛应用，同时也给电力系统这个环境带来了严重的“污染”，其根本原因就是电力电子装置是非线性负荷，在系统中运行会产生谐波，造成十分严重的危害。有源电力滤波器(ActivePowerFilter)是目前研究比较深入的一种装置，它是一种用于动态补偿，既可抑制谐波，又可以补偿无功的新型电力电子装置，它能对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿，其应用可克服LC滤波器等传统的谐波抑制和无功补偿方法的缺点。
有源滤波器采用的是现代电力电子技术、数字信号处理技术和先进控制理论的电力技术，它有助于电网谐波的动态性实时补偿，是目前解决谐波污染、改善电能质量*有效和*具潜力的途径之一。一直以来谐波问题只在工业领域受到重视，在小区配电网中很少受到关注。有调查结果表明，小区配电网谐波污染程度已经非常严重，且有逐年加剧的形势。因此，小区配电网的谐波治理势在必行。
常见的主动型治理方案就是采用高功率因数变流器。电力电子装置是电力系统中*主要的谐波源,抑制谐波*直接的的途径,就是开发新型变流器一一单位功率因数变流器(UnityPowerFactorConverter),这种变流器在工作过程中不产生谐波,且功率因数为1。高功率因数变流器可近似看成为单位功率因数变流器。采用多重化技术可以有效地减少变流器谐波,其原理是:多个方波的叠加可以消除次数较低的谐波,从而得到近似正弦波的阶梯波,重数越多,所得波形越接近正弦波,但电路结构也越复杂。如果将多重化技术与PWM技术相配合,可取得更加理想的结果。这种方案一般需要投入大量的资金,普通电力用户难以接受。因此这种方法大多应用于大容量场合。
1)传统的谐波补偿装置就是采用由电感电容串并联构成的LC调谐滤波器,结构如图1所示.利用谐振原理对特定次数谐波电流形成低阻抗,达到对谐波电流的分离,使其不注入电网。这种方法既可抑制谐波,又可补偿无功功率,而且结构简单,已经被广泛使用于电力系统。然而,这种谐波补偿装置的补偿性能受电网阻抗和运行状态影响,因其与系统的并联连接方式，容易发生并联谐振,使谐波电流放大,导致LC滤波器过载甚至烧毁。此外,固定的拓扑结构决定这种滤波器只能对固定频率的谐波进行补偿,且补偿效果并不理想。尽管如此,因其结构简单、价格低廉等优势,LC滤波器目前仍是补偿谐波*主要的方案。
现今越来越流行的一种抑制谐波的被动型方案,就是采用有源电力滤波器(ActivePowerFilterAPF)。有源电力滤波器也是一种电力电子装置。其基本原理是从补偿对象中检测出谐波电流,由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等而极性相反的补偿电流注入电网,与谐波源注入电网的谐波电流相抵消,从而使电网电流不含谐波分量、只含基波分量。这种滤波器能对幅值和频率都变化的谐波进行实时跟踪补偿,且补偿性能不受电网阻抗的影响,因而受到很大的重视。
有源电力滤波器APF工作原理APF由两部分组成:谐波和无功电流检测电路及补偿电流发生电路(由补偿电流控制电路、驱动隔离电路和主电路三个部分构成)。前者的作用是检测出负载电流中的谐波和无功分量;后者的作用是根据检测出来的谐波和无功电流等产生相应的补偿电流。谐波无功电流检测电路将负载电流iL中的谐波电流iLh和无功电流iLg分离出来，然后把它们反相并产生出补偿电流iC的调制波信号iC*，也就是指令信号iC*=iLh+iLq。补偿电流控制电路根据iC*的值输出触发脉冲，通过驱动隔离电路驱动主电路的功率开关，使其创建出补偿电流iC，iC要跟踪iC*，故iC~-iC*，因此:iS=iL+iC=iL-iC*=iL-(iLh+ilLq)=iLp，即电源电流iS中只含有基波有功分iLp量，从而达到消除谐波和补偿无功功率的目的。根据此原理，对于三相APF，还能对电流的不对称度和负序电流等进行补偿
AZC/AZCL系列智能电容器是应用于0.4kV、50Hz低压配电中用于节省能源、降低线损、提高功率因数和电能质量的新一代无功补偿设备。它由智能测控单元，晶闸管复合开关电路，线路保护单元，两台共补或一台分补低压电力电容器构成。可替代常规由熔丝、复合开关或机械式接触器、热继电器、低压电力电容器、指示灯等散件在柜内和柜面由导线连接而组成的自动无功补偿装置。具有体积更小，功耗更低，维护方便，使用寿命长，可靠性高的特点，适应现代电网对无功补偿的更高要求。
AZC/AZCL系列智能电容器采用定式LCD液晶显示器，可显示三相母线电压、三相母线电流、三相功率因数、频率、电容器路数及投切状态、有功功率、无功功率、谐波电压总畸变率、电容器温度等。通过内部晶闸管复合开关电路，自动寻找适宜投入（切除）点，实现过零投切，具有过压保护、缺相保护、过谐保护、过温保护等保护功能。
通过在小区低压补偿柜和无功补偿箱上加装APF装置，解决了小区无功补偿装置因谐波超标投不上的问题，又防止了高频装置因产生高幅值谐波电流引起的开关误动。因此，综合其自身特点可以推而广之，可应用于配网低压谐波超标、功率因数偏低以及没装消谐装置的高频装置上，以限制或消除谐波、提高功率因数，很大的改善电能质量。
