随着国民经济的迅速发展,电力系统中非线性、冲击性和单相负载都大量增加,由此产生的谐波、无功功率和三相不平衡等问题给电力系统和用户造成了严重的影响。目前,用户也对电能质量和供电可靠性提出了更高要求,改善电能质量已成为社会发展的必然要求。因此,在电力系统运行中,研究怎样进行谐波污染抑制和无功功率补偿,来改善电能质量、提高功率因数和减少电能损耗已成为电力系统中的一个重要研究课题。文中针对大量存在的三相四线制系统进行设计的高性能动态补偿装置,并联型三相四线制有源电力滤波器(APF),它可以对大小和频率都变化的谐波和无功进行快速补偿,能有效克服无源补偿装置的不足,是一种很有前途的补偿装置。

　　1 并联有源滤波器的系统结构及工作原理

　　有源电力滤波器主要由主电路、信号检测电路、“DSP+CPLD”(CPLD:Complex Programmable Logic Device复杂可编程逻辑器件)控制系统、驱动电路和键盘、显示部分等组成。三相四线制有源电力滤波器有两种不同的主电路结构及其控制方法,即三桥臂PWM变流器和四桥臂PWM变流器,从经济成本角度考虑,本文采用三桥臂PWM变流器方案。这里设计的并联型APF的系统结构如图1所示,主电路采用三相电压源型逆变器结构,逆变器输出端经滤波电感与电网相接。负载为污染源,产生谐波、无功及三相不平衡电流等有害分量。控制系统包括检测环节,指令电流运算环节、补偿电流跟踪控制环节、直流侧电压控制环节和驱动保护环节等。

　　有源滤波器的基本工作原理是:首先经电压及电流互感器(TV、TA)检测补偿对象的电压和电流信号,然后经过转换处理后送至控制系统给出补偿电流的指令信号,该信号经补偿电流发生电路放大,输出补偿电流,从而使补偿电流与被补偿对象的谐波、无功、负序等有害电流分量相互抵消,最终得到期望的正弦电源电流。即经有源电力滤波器补偿后,电网侧三相电流为对称正弦波,零线电流为0,实现改善电能质量的目的。

　　图1中,QF为断路器;KM1、KM2为交流接触器;R为限流电阻,L为滤波电感;C1、C2为直流母线电容。有源电力滤波器基本的工作过程如下:先闭合QF,再闭合接触器KM1,电网电压通过限流电阻R、滤波电感L和逆变器中的续流二极管向直流母线电容C1、C2充电。当直流母线电压达到一定值之后,控制系统发出信号,控制KM2闭合,然后APF软启动升到额定电压,进入正常工作状态。当系统出现故障保护时,KM1断开,以保护APF主电路不受损害。