有源電力濾波器(APF

1、有源電力濾波器（APF）引言諧波電流和諧波電壓的出現(xiàn)，對(duì)于電力系統(tǒng)運(yùn)行是一種“污染”，它們降低了系統(tǒng)電壓正弦波形的質(zhì)量，不但嚴(yán)重地影響電力系統(tǒng)自身，而且還危及用戶和周圍的通信系統(tǒng)。近半個(gè)世紀(jì)以來，隨著電力電子設(shè)備的推廣應(yīng)用，非線性負(fù)荷的迅速增加(例如電氣機(jī)車、工業(yè)電爐等的應(yīng)用)，特別是高壓直流輸電的運(yùn)用，諧波污染問題日趨嚴(yán)重，并因此受到人們普遍的關(guān)注和重視。減小諧波影響的技術(shù)措施可以從兩方面入手：一是從諧波源出發(fā)，減少諧波的產(chǎn)生；二是安裝濾波裝置。常見的濾波器包括無源濾波器、有源濾波器以及混合濾波器。無源濾波器（PF:Passive Filter）也稱為LC濾波器，是由濾波電容器、電抗器和電阻

2、器適當(dāng)組合而成的濾波裝置。無源濾波器的工業(yè)應(yīng)用已經(jīng)有相當(dāng)長的歷史，其設(shè)計(jì)方法穩(wěn)定可靠、結(jié)構(gòu)簡單，但其濾波效果依賴于系統(tǒng)阻抗特性，并容易受溫度漂移、網(wǎng)絡(luò)上諧波污染程度、濾波電容老化及非線性負(fù)荷的影響。此外，無源濾波器僅能對(duì)特定的諧波進(jìn)行有效地衰減，而出于經(jīng)濟(jì)和占地面積方面的考慮，濾波器個(gè)數(shù)均是有限的，所以對(duì)諧波含量豐富的場合，無源濾波器的濾波效果往往不夠理想。與無源濾波器對(duì)應(yīng)的是有源濾波器（APF:Active Power Filter）。有源電力濾波器采用開關(guān)變換器消除諧波電流，克服了無源濾波器的缺點(diǎn)。有源電力濾波器有著無源濾波器無可比擬的技術(shù)優(yōu)勢，因此越來越受到人們的關(guān)注。1.有源濾波器的發(fā)

3、展歷史有源濾波器的思想最早出現(xiàn)于1969年B.M.Bird和J.F.Marsh的論文中。文中描述了通過向交流電源注入三次諧波電流以減少電源中的諧波，改善電源電流波形的新方法。文中所述的方法認(rèn)為是有源濾波器思想的誕生。1971年日本的H.Sasaki和T.Machida完整描述了有源電力濾波器的基本原理。1976年美國西屋電氣公司的L.Gyugyi和E.C.Strycula提出了采用脈沖寬度調(diào)制控制的有源電力濾波器，確定了主電路的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制方法，從原理上闡明了有源電力濾波器是一理想的諧波電流發(fā)生器，并討論了實(shí)現(xiàn)方法和相應(yīng)的控制原理，奠定了有源電力濾波器的基礎(chǔ)。然而，在20世紀(jì)70年代由于

4、缺少大功率可關(guān)斷器件，有源電力濾波器除了少數(shù)的實(shí)驗(yàn)室研究外，幾乎沒有任何進(jìn)展。進(jìn)入20世紀(jì)80年代以來，新型半導(dǎo)體器件的出現(xiàn)，PWM技術(shù)的發(fā)展，尤其是1983年日本的H.Akagi等人提出了“三相電路瞬時(shí)無功功率理論”，以該理論為基礎(chǔ)的諧波和無功電流檢測方法在三相有源電力濾波器中得到了成功的應(yīng)用，極大促進(jìn)了有源電力濾波器的發(fā)展。與無源濾波器相比，有源濾波器是一種主動(dòng)型的補(bǔ)償裝置，具有較好的動(dòng)態(tài)性能。有源電力濾波器是近年來電力電子領(lǐng)域的熱門話題。目前，有源濾波技術(shù)已在日本、美國等少數(shù)工業(yè)發(fā)達(dá)國家得到應(yīng)用，有工業(yè)裝置投入運(yùn)行，其裝置容量最高可達(dá)60MV.A；國內(nèi)對(duì)有源電力濾波器的研究尚處于起步階段

5、。2.有源濾波器的分類有源電力濾波器的基本思想如圖所示在圖中，諧波源一般是非線性負(fù)載，如整流器等，產(chǎn)生諧波電流，供電系統(tǒng)一般為被保護(hù)對(duì)象；有源濾波器表現(xiàn)為流控電流源，它的作用是產(chǎn)生和諧波源諧波電流大小相等方向相反的補(bǔ)償電流來達(dá)到消除諧波的目的。從不同的觀點(diǎn)出發(fā)，有源電力濾波器具有不同的分類標(biāo)準(zhǔn)。（1）根據(jù)接入電網(wǎng)的方式，有源電力濾波器可以分為串聯(lián)型、并聯(lián)型和串-并聯(lián)型三大類。每一種類型的有源電力濾波器結(jié)構(gòu)不同，因其工作原理、特性各不相同。串聯(lián)型有源濾波器經(jīng)耦合變壓器串接入電力系統(tǒng)，如圖2所示，其可等效為一個(gè)受控電壓源，主要是消除電壓型諧波以及系統(tǒng)側(cè)電壓諧波與電壓波動(dòng)對(duì)敏感負(fù)載的影響。串聯(lián)型有源

6、電力濾波器應(yīng)用在直流系統(tǒng)中時(shí)，耦合變壓器的系統(tǒng)接入側(cè)很容易出現(xiàn)直流磁飽和問題，所以只在交流系統(tǒng)中采用。與并聯(lián)型有源電力濾波器相比，由于串聯(lián)型有源電力濾波器中流過的是正常負(fù)荷電流，因此損耗較大；此外，串聯(lián)型有源電力濾波器的投切、故障后的退出及各種保護(hù)也較并聯(lián)型有源電力濾波器復(fù)雜。目前單獨(dú)使用串聯(lián)有源電力濾波器的例子較少，研究多集中在其與LC無源濾波器所構(gòu)成的串聯(lián)混合型有源電力濾波器上。并聯(lián)型有源電力濾波器與系統(tǒng)并聯(lián)等效為一個(gè)受控電流源，如圖3所示。有源濾波器向系統(tǒng)注入與諧波電流大小相等方向相反的電流，從而達(dá)到濾波的目的。并聯(lián)型有源電力濾波器主要適用于電流源型感性負(fù)載的諧波補(bǔ)償，技術(shù)上已相當(dāng)成熟，

7、工業(yè)上已投入使用的有源電力濾波器多采用此方案。與串聯(lián)型有源電力濾波器相比并聯(lián)型有源電力濾波器通過耦合變壓器并入系統(tǒng)，不會(huì)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行造成影響，具有投切方便靈活以及各種保護(hù)簡單的優(yōu)點(diǎn)。但是當(dāng)單獨(dú)使用并聯(lián)型有源電力濾波器來濾除諧波時(shí)，有源電力濾波器容量要求很大，這樣會(huì)帶來一系列的問題，如工程造價(jià)高、電磁干擾、結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及高的功率損耗等。圖4所示為串-并聯(lián)新型有源電力濾波器，相關(guān)文獻(xiàn)稱之為統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器（UPQC）。它綜合了串聯(lián)型和并聯(lián)型兩種結(jié)構(gòu)，共同組成一個(gè)完整的用戶電力裝置來解決電能質(zhì)量的綜合問題。其中，直流側(cè)電容器或電感儲(chǔ)能裝置是串聯(lián)型和并聯(lián)型有源濾波器所公用的，串聯(lián)有源電力濾波器起到補(bǔ)償電

8、壓諧波、消除系統(tǒng)不平衡、調(diào)節(jié)電壓波動(dòng)或閃變、維持系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性或阻尼振蕩的作用。并聯(lián)變流器起到補(bǔ)償電流諧波不平衡、補(bǔ)償負(fù)荷的無功、調(diào)節(jié)變流器直流側(cè)電壓的作用。因此這種統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器可以實(shí)現(xiàn)短時(shí)間不間斷供電、蓄能、無功補(bǔ)償、抑制諧波、消除電壓波動(dòng)及閃變、維持系統(tǒng)電壓穩(wěn)定等功能，被認(rèn)為是最理想的有源濾波器的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)即可用于三相系統(tǒng)，又可以用于單相系統(tǒng)。但是其主要缺陷在于成本較高（需要較多的開關(guān)器件）和控制復(fù)雜。（2）根據(jù)接入電網(wǎng)的方式，有源電力濾波器還可以分為直接接入和通過無源濾波器間接接入電網(wǎng)兩種方式。圖5所示為混合型濾波器，它是有源濾波器和無源濾波器的組合結(jié)構(gòu)。這種濾波器結(jié)構(gòu)目前非常

9、普遍，因?yàn)樗⒙?lián)的LC無源濾波器部分消除了大量的低次諧波，因而有源濾波器部分容量可以做到很?。ㄘ?fù)荷容量的5%左右），這樣大大減少了有源濾波器的體積和成本。它可以同時(shí)消除電壓和電流諧波，而且成本相對(duì)來說較低，因而非常受歡迎。但是這種結(jié)構(gòu)的濾波器的缺點(diǎn)在于只能針對(duì)特定負(fù)荷進(jìn)行補(bǔ)償，負(fù)荷運(yùn)行狀況變化較大的時(shí)候補(bǔ)償性能不好。（3）按有源電力濾波器中逆變器直流側(cè)儲(chǔ)能元件的不同，有源電力濾波器又可分為電壓型有源電力濾波器（儲(chǔ)能元件為電容）和電流型有源電力濾波器（儲(chǔ)能元件為電感）。電流型有源電力濾波器由一個(gè)大電感充當(dāng)一個(gè)非正弦的電流源來提供非線性負(fù)荷的諧波電流。電流源型逆變器的最大缺點(diǎn)在于不能用于多電平場合

10、，無法提高大容量時(shí)逆變器的性能；電壓型有一個(gè)較大的電容作為直流側(cè)的電壓支撐。由于這種結(jié)構(gòu)輕便、便宜，并且可以擴(kuò)展為多電平結(jié)構(gòu)，使其在開關(guān)頻率較低的情況下取得較好的性能，與電流型有源電力濾波器相比，電壓型有源電力濾波器損耗較小、效率高，因此目前國內(nèi)覺大多數(shù)有源電力濾波器都采用電壓型逆變器結(jié)構(gòu)。根據(jù)日本電氣學(xué)會(huì)的調(diào)查結(jié)果，兩者在實(shí)際應(yīng)用中所占的比例分別是電壓型93.5%，電流型6.5%。隨著超導(dǎo)儲(chǔ)能技術(shù)的不斷發(fā)展，今后可能會(huì)有更多電流型有源電力濾波器投入使用。（4）根據(jù)補(bǔ)償系統(tǒng)的相數(shù)來分類，有源濾波器可分為單相和三相兩種，三相系統(tǒng)又分為三相三線制和三相四線制。單相有源濾波器一般用于小功率的場合，例

11、如商業(yè)寫字樓或者學(xué)校教學(xué)樓帶有電腦負(fù)荷以及小型工廠。在這些場合中電流諧波可以在公共耦合點(diǎn)補(bǔ)償?shù)?，因此可以將幾個(gè)小功率的濾波器連接取代一個(gè)大的濾波器。這主要是由于在一個(gè)大樓中有好多的單相負(fù)荷并且中線上存在大量諧波電流會(huì)有較大的危害。這樣可以根據(jù)運(yùn)行條件的不同有選擇地進(jìn)行補(bǔ)償。但另一方面，住宅性負(fù)荷并沒有產(chǎn)生大量的集中的諧波。而且由于缺少強(qiáng)制的諧波約束法規(guī)，住宅用戶不可能投資于單相的有源濾波器。單相有源濾波器的主要優(yōu)點(diǎn)在于處理小功率負(fù)荷，因此變流器的開關(guān)頻率可以很高，從而提高整個(gè)裝置補(bǔ)償諧波的性能。對(duì)于三相裝置，濾波器及主電路的選擇取決于三相系統(tǒng)是否平衡。在相對(duì)低功率場合（100KV.A），三相系

12、統(tǒng)可以采用三個(gè)單相有源濾波器或者單獨(dú)的三相有源濾波器。對(duì)于平衡負(fù)荷而言，如果目標(biāo)僅僅是消除電流諧波而不需要三相系統(tǒng)及補(bǔ)償電壓諧波，采用三個(gè)單相有源濾波器的結(jié)構(gòu)是可行的。對(duì)于不平衡負(fù)荷電流或者不對(duì)稱供電電壓，主電路結(jié)構(gòu)采用基于三個(gè)單相逆變器的三相有源電力濾波器是可行的。大多數(shù)的單相負(fù)荷都是有帶中線的三相系統(tǒng)供電的。它們給系統(tǒng)帶來了大量的中線電流、諧波、無功以及三相不平衡。三相四線制有源濾波器的引入就是為了減少這類系統(tǒng)出現(xiàn)的問題。（5）根據(jù)應(yīng)用場合分，有源電力濾波器還可以分為應(yīng)用在直流系統(tǒng)（主要是高壓直流輸電系統(tǒng)）的有源直流濾波器和應(yīng)用在交流系統(tǒng)的有源濾波器。（6）根據(jù)目的分為電力用戶根據(jù)自身需要

13、在諧波負(fù)荷附近安裝的有源濾波器和電力公司在變電站或配電網(wǎng)安裝的有源濾波器。用戶安裝有源電力濾波器的目的是為了補(bǔ)償諧波電流、電流不平衡以及電壓閃變；電力公司安裝有源電力濾波器的目的是補(bǔ)償配電系統(tǒng)普通耦合點(diǎn)處的諧波電壓以及抑制由線路電感（包括變壓器漏感）和并聯(lián)電容諧振引起的諧波加倍，從而改善電力系統(tǒng)的功率因數(shù)。3.有源與無源的比較與無源濾波器相比，有源電力濾波器具有高度可控性和快速響應(yīng)性，其具體特點(diǎn)如下：（1）具有自適應(yīng)功能，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，可對(duì)頻率和大小都變化的諧波及變化的無功功率進(jìn)行補(bǔ)償，對(duì)補(bǔ)償?shù)膶?duì)象有極快的響應(yīng)。（2）可同時(shí)對(duì)諧波和無功功率進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償無功功率時(shí)不需要儲(chǔ)能元件，補(bǔ)償諧波時(shí)所

14、需儲(chǔ)能元件容量不大，且補(bǔ)償無功功率的大小可以做到連續(xù)調(diào)節(jié)。（3）受電網(wǎng)阻抗的影響不大，不容易和電網(wǎng)阻抗發(fā)生諧振；且可以跟蹤電網(wǎng)頻率的變化，故補(bǔ)償性能不受電網(wǎng)頻率變化的影響。盡管有源電力濾波器有著無源濾波器所不具備的巨大技術(shù)優(yōu)勢，但目前要想在電力系統(tǒng)中完全取代無源濾波器還不太現(xiàn)實(shí)。這是因?yàn)榕c無源濾波器相比較，有源電力濾波器的成本較高，這一點(diǎn)是限制有源電力濾波器推廣使用的關(guān)鍵。隨著電力電子工業(yè)的發(fā)展，器件的性價(jià)比將不斷提高，有源電力濾波器必然會(huì)得到廣泛應(yīng)用。無源濾波器和有源濾波器的工程造價(jià)與諧波要求關(guān)系如圖6所示。從圖6中可以看出，諧波標(biāo)準(zhǔn)要求越高，對(duì)無源濾波器而言，就是濾波支路增多，其硬件造價(jià)幾

15、乎是以指數(shù)速率增長的。而對(duì)有源電力濾波器而言，主要是增加控制的難度和復(fù)雜度，硬件的造價(jià)基本不受影響。因此，對(duì)于電能質(zhì)量要求越來越嚴(yán)格的今天，采用有源電力濾波器作為諧波消除裝置的優(yōu)點(diǎn)正在越來越突出。4.有源濾波器結(jié)構(gòu)及工作原理無論有源電力濾波器如何分類，它都是由幾個(gè)共同的部分構(gòu)成，即諧波檢測環(huán)節(jié)、控制系統(tǒng)、主電路以及耦合變壓器四個(gè)主要的部分構(gòu)成。如圖7所示，基本工作原理為:首先通過諧波檢測環(huán)節(jié)檢測出系統(tǒng)中的諧波并給出需要補(bǔ)償諧波的參考值，然后通過控制系統(tǒng)根據(jù)該參考值產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖，控制主電路產(chǎn)生補(bǔ)償電流或者電壓跟蹤該參考值，起到補(bǔ)償效果，有源電力濾波器通過耦合變壓器接入系統(tǒng)。下面對(duì)有源濾波器的四

16、個(gè)部分進(jìn)行介紹：4.1 諧波檢測諧波檢測環(huán)節(jié)的原理框圖如圖8所示基本工作原理為：預(yù)處理環(huán)節(jié)將電壓或電流互感器輸出的電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)并進(jìn)行適當(dāng)?shù)臑V波與放大（實(shí)際中總存在一定的高頻噪音，因此一般都要對(duì)信號(hào)進(jìn)行一定的濾波及進(jìn)行放大或縮?。?，有源電力濾波器對(duì)諧波信號(hào)的時(shí)間同時(shí)性要求較高，因此一般情況下應(yīng)該對(duì)所需信號(hào)進(jìn)行同步采樣，所以需要加采樣保持電路，即在同一時(shí)刻對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行采樣。將采樣信號(hào)保持起來，然后分別進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量。4.2 控制系統(tǒng)有源電力濾波器的控制系統(tǒng)及選用的控制算法是其濾波效果好壞的關(guān)鍵。有源電力濾波器的控制系統(tǒng)主要有模擬控制系統(tǒng)、數(shù)字控制系統(tǒng)以及數(shù)字模擬混

17、合控制系統(tǒng)三類。近年來隨著微電子技術(shù)的快速發(fā)展，各種數(shù)字處理芯片的性能大大提高，因此有源電力濾波器的控制系統(tǒng)逐步由模擬控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為模擬數(shù)字混合控制系統(tǒng)及純數(shù)字控制系統(tǒng)。下面主要介紹有源電力濾波器的數(shù)字模擬混合控制系統(tǒng)與數(shù)字控制系統(tǒng)。4.2.1數(shù)字模擬混合控制系統(tǒng)有源電力濾波器的控制系統(tǒng)一般由兩個(gè)部分組成，即控制算法部分和觸發(fā)脈沖產(chǎn)生部分，如圖9所示。其中控制算法處理部分對(duì)諧波檢測環(huán)節(jié)送來的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，采用諧波檢測算法，快速檢測出需要的諧波與有源濾波器產(chǎn)生的諧波進(jìn)行比較，根據(jù)其差值采用一定的控制方法產(chǎn)生觸發(fā)脈沖信號(hào)送給觸發(fā)脈沖發(fā)生部分。而觸發(fā)脈沖發(fā)生部分根據(jù)該信號(hào)產(chǎn)生適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)脈沖去驅(qū)動(dòng)

18、有源電力濾波器的變流器，使其產(chǎn)生的諧波電流或電壓與所需的諧波電流或電壓相同，從而達(dá)到諧波補(bǔ)償?shù)男Ч?。所謂數(shù)字模擬混合控制就是通過數(shù)字電路檢測并產(chǎn)生所需補(bǔ)償?shù)膮⒖贾C波信號(hào)，獲得參考諧波信號(hào)后，通過模擬電路實(shí)現(xiàn)諧波跟蹤（通常為比例積分PI控制）和PWM脈沖控制具有更快的速度和更高的分辨率。圖10給出了在并聯(lián)型有源電力濾波器中經(jīng)常采用的一種數(shù)字模擬混合控制器的模擬部分。其中參考電流信號(hào)由微處理器通過D/A轉(zhuǎn)換變成模擬信號(hào)送到模擬控制部分。有源電力濾波器的補(bǔ)償電流與參考電流進(jìn)行比較，通過比例積分環(huán)節(jié)后成為調(diào)整信號(hào)，與三角波發(fā)生電路產(chǎn)生的作為載波信號(hào)的三角波進(jìn)行比較，獲得驅(qū)動(dòng)有源濾波器逆變器的PWM驅(qū)動(dòng)

19、脈沖。此類控制器中滯環(huán)比較器由于產(chǎn)生的補(bǔ)償電流參考信號(hào)能夠快速準(zhǔn)確地跟蹤諧波電流變化，具有很好的實(shí)時(shí)性，所以在有源濾波器中得到了廣泛的應(yīng)用。滯環(huán)比較器的控制框圖如圖11所示。滯環(huán)比較控制采用滯環(huán)比較器，把檢測出的補(bǔ)償電流信號(hào)與實(shí)際產(chǎn)生的補(bǔ)償電流進(jìn)行比較，兩者的偏差作為滯環(huán)比較器的輸入，通過滯環(huán)比較器產(chǎn)生控制主電路中開關(guān)通斷的PWM信號(hào)，從而控制補(bǔ)償電流的變化。滯環(huán)比較控制的原理如圖12所示。和是兩個(gè)開關(guān)，E1和E2等效于直流側(cè)電壓源。對(duì)于和不同的開關(guān)狀態(tài)，有不同的電壓源E1和E2接入回路，從而控制電流i的變化。在具體的操作中，當(dāng)產(chǎn)生的實(shí)際補(bǔ)償電流低于參考電流時(shí)，閉合，打開，加在電感L上的電壓為

20、正，i增加；當(dāng)產(chǎn)生的實(shí)際補(bǔ)償電流高于參考電流時(shí)，加在電感L上的電壓為負(fù)，i減少。通過控制和的開關(guān)狀態(tài)來控制注入電流的變化。4.2.2數(shù)字控制系統(tǒng)隨著微電子技術(shù)的快速發(fā)展，產(chǎn)生PWM脈沖的數(shù)字電路和具有可編程功能的器件快速發(fā)展因而通過專門電路或通過可編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)PWM脈沖發(fā)生器已非常方便而且在速度和分辨率方面有看顯著的提高，因此有源電力濾波器的控制系統(tǒng)已經(jīng)逐步變成純數(shù)字的控制系統(tǒng)。與其他的電力電子裝置類似，根據(jù)有源濾波器控制算法的復(fù)雜性我們可以選擇不同的數(shù)字控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。通常的控制系統(tǒng)一般有基于單數(shù)字信號(hào)處理芯片的帶有PWM信號(hào)的控制系統(tǒng)，即如圖13所示的控制系統(tǒng)。由于DSP本身帶有PWM

21、脈沖產(chǎn)生部分，因此采用單片的DSP就可以實(shí)現(xiàn)有源電力濾波器的控制系統(tǒng)。 當(dāng)然，由于DSP芯片既要處理控制算法又要產(chǎn)生脈沖，因此只能實(shí)現(xiàn)簡單的控制算法。如果要實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜與先進(jìn)的算法，采用多DSP芯片的控制系統(tǒng)或者DSP+FPGA（現(xiàn)場可編程邏輯陣列）的通用控制系統(tǒng)。具體的控制系統(tǒng)這里不做介紹。4.3主電路有源電力濾波器的主電路型式多種多樣，有很多種分類方法。按照電力系統(tǒng)應(yīng)用的需要一般可以分為三相三線制結(jié)構(gòu)和三相四線制結(jié)構(gòu)兩種，而在三相三線制與三相四線制結(jié)構(gòu)中又有許多其他的結(jié)構(gòu)，下面簡單的介紹并指出其特點(diǎn)與優(yōu)缺點(diǎn)，可以根據(jù)電力系統(tǒng)的實(shí)際情況加以選用。由于許多負(fù)荷本身只是三相三線制接線，因此針對(duì)此

22、類負(fù)荷的有源電力濾波器也只需采用三相三線制主電路即可。目前大量功率開關(guān)模塊都已經(jīng)讓三相三橋臂結(jié)構(gòu)制作，因此實(shí)現(xiàn)三相三線制主電路結(jié)構(gòu)非常方便。圖14所示為三相三線制結(jié)構(gòu)的有源電力濾波器。我國380V系統(tǒng)均為三相四線制系統(tǒng)，而負(fù)荷通常也為三相四線制即存在中線，因而三相電流之和通常不為零即存在零序電流，零序電流中既可能存在零序基波分量也可能存在零序諧波分量，此時(shí)采用并聯(lián)型三相三線制主電路的電力濾波器無法消除線路中的零序基波電流和諧波電流以及中線中的電流。在許多情況下，為了保持三相電流的平衡，在大型辦公樓中通常會(huì)在三相中合理分配負(fù)荷，使三相電流盡量平衡。但是由于單相負(fù)荷如計(jì)算機(jī)、工作站等信息設(shè)備的大量

23、使用，以及大量設(shè)備是后來增加的，因此實(shí)際中要合理的分配三相負(fù)荷是很難做到的。所以在許多大型的辦公樓出現(xiàn)了三相電流嚴(yán)重不平衡，中線電流很大。并聯(lián)型三相四線制有源電力濾波器就是解決這種非線性不平衡問題和諧波問題的有力手段，圖15所示為目前常見的三相四線制結(jié)構(gòu)的并聯(lián)型有源電力濾波器。直流電容中線點(diǎn)與系統(tǒng)中線相連，全部的中線電流都流經(jīng)直流側(cè)的電容器，其數(shù)值較大。同時(shí)由于中線接在電容器中間，因此有源電力濾波器運(yùn)行中還可能出現(xiàn)電容電壓不平衡問題，所以在有源濾波器控制中還應(yīng)該加入直流側(cè)電容電壓平衡控制。這種結(jié)構(gòu)主要用于小容量系統(tǒng)。4.4 耦合變壓器前面講到的兩種主電路結(jié)構(gòu)都通過連接電抗直接接入系統(tǒng)。對(duì)于電壓

24、較高的情況，由于各種開關(guān)器件耐壓水平的限制，變流器輸出電壓不可能太高，因此通常采用變壓器接入方式。采用耦合變壓器接入電力系統(tǒng)的好處有：（1）可以靈活地改變逆變器的輸出電壓和電流，從而充分利用開關(guān)器件的電壓與電流容量。（2）可以提供絕緣隔離。變壓器的電氣與原副邊的絕緣隔離可以防止出現(xiàn)不必要的電氣連接，可以提高有源電力濾波器的可靠性，還可以防止電力系統(tǒng)中的各種干擾直接進(jìn)入到有源電力濾波器中。5.應(yīng)用情況及前景展望目前，有源濾波技術(shù)已在日本、美國等少數(shù)工業(yè)發(fā)達(dá)國家得到應(yīng)用，有工業(yè)裝置投入運(yùn)行，其裝置容量最高可達(dá)60MV.A；國內(nèi)對(duì)有源電力濾波器的研究尚處于起步階段?，F(xiàn)在有源電力濾波器在日本應(yīng)用越來越廣泛，1994年之前就有300多臺(tái)投入使用，下表是投入使用的有源電力濾波器的基本情況，包括使用目的、容量、使用的開關(guān)器件、應(yīng)用領(lǐng)域。從表中可以看出有源電力濾波器的使用目的有諧波補(bǔ)償、閃變補(bǔ)償以及電壓調(diào)節(jié)。（1）諧波補(bǔ)償圖16所示為一個(gè)辦公樓系統(tǒng)，安裝了一個(gè)容量