谐波抑制的工程设计方法探讨

(3)高次谐波抑制指标。根据《电能质量公用电网谐波》的规定，确定各次谐波电压畸变率和注入相应电压等级电网的谐波电流允许值。

LC滤波器结构简单，吸收谐波效果明显。但由于其结构原理上的原因，在应用中存在着难以克服的缺陷：

(1)仅对固有频率的谐波有较好的补偿效果，当

谐波成份变化时补偿效果差；

(2)补偿特性受电网阻抗的影响很大；

(3)在特定频率下，电网阻抗和LC滤波器之间

可能会发生并联谐振，使该频率的谐波电流被放大；或者发生串联谐振，使电网侧可能存在的谐波电压向LC滤波器注入较大的谐波电流；

(4)当接在电网中的其他谐波源未采取滤波措施时，其谐波电流可能流入该滤波器，造成过载。

而有源滤波器能对变化的谐波进行迅速的跟踪补偿，基本上克服了LC滤波器的上述缺点。

5有源滤波器的应用

随着功率电子器件和PWM技术的发展，基于瞬时无功功率理论的谐波电流瞬时检测法的提出，使有源滤波器得到迅速发展。

前述可知，LC滤波器实际上是由滤波电容器和电抗器组成的、对某些或某次谐波呈低阻抗谐振支路，滤除这些谐波。而有源滤波器与LC滤波器的最大区别在于它是一种向系统注入补偿谐波电流，以抵消非线性负荷所产生的谐波电流的能动式滤波装置。它能对变化的谐波进行迅速的动态跟踪补偿，且补偿特性不受系统阻抗影响。其结构上由静态功率变流器构成，具有半导体功率器件的高可控性和快速响应能力。

图5有源滤波器工作原理

有源滤波器的工作原理如图5所示。

负载电流IL按傅里叶级数可展开为：

IL=ΣInsin(nωt＋θn)

=I1cosθ1sinωt＋I1sinθ1cosωt＋ΣInsin(nωt＋θn)

=I1p＋I1q＋In(5)

式中：I1p为负载基波有功电流；

I1q为负载基波无功电流；

In为高次谐波电流。

将滤波器并联连接在谐波发生源和电源之间，Is=IL＋IF。控制有源滤波器的输出电流IF=－In，电源侧电流则为只含基波分量的正弦波形。即：有源滤波器产生一个与负载谐波电流幅值相等、相位相反的电流注入负载电流IL流经的线路中，将负载谐波抵消，使之不流入电网。由式(5)可知，有源滤波器还可同时补偿无功，即使IF=－I1q－In，IS=－I1p，从而提高系统功率因数。

有源滤波器的基本结构由谐波电流检测、控制电路、PWM逆变器、直流电源及注入变压器等部分组成。根据逆变器储能元件不同，可将有源滤波器分为电流型和电压型两种。电流型有源滤波器储能元件为电感，由于其运行损耗较大，对储能电感的充电控制较复杂，因而使其应用受到限制；电压型有源滤波器储能元件为电容，具有损耗小，易于控制等优点而得到普遍应用。电压型有源滤波器工作过程是由电容器构成储能直流电源，逆变器根据检测信号产生PWM输出电压，将储存在电容器中直流电能转变成所需频率和波形的补偿电流，经隔离变压器注入线路中。PWM逆变器同时兼有向电抗器或电容器提供直流电能的功能。这个过程直接受谐波电流补偿量检测及控制电路的控制。

有源滤波器具有以下特点：

(1)该装置是一个谐波电流源，它的接入对系统

阻抗不会产生影响；

(2)系统结构发生变化时，该装置不存在产生谐

振的危险，不影响补偿性能；