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有源滤波器的由来和发展历程

有源滤波器的由来和发展历程

2018-06-08 08:39:00

        有源电力滤波器简称APF是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置,它能够对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿。


        1969年,B.M.Bird和J. F. Marsh的论文最早提出有源滤波器的思想,即通过向交流电网注入三次谱波电流来改善波形,这种方法被认为是APF基本思想的萌芽1971年,日本H. Sasaki和T.Machida首次完整的描述了有源电力滤波器的基本原理。1976年,美国西屋电气公司的L.Gyugyi和E.C.Strycula提出了釆用PWM控制的有源电力滤波器,确立了APF有源滤波器的主电路的基本拓扑结构和控制方法,为有源电力滤波器的研究打下基础。


        20世纪70年代,电力电子器件的限制和控制技术的不成熟因素使得有源电力滤波器除了少数实验室研究外几乎没有任何进展。进入20世纪80年代,新型电力电子器件不断出现,PWM技术快速发展,尤其是1983年日H.Akagi等人提出了 “三相电路瞬时无功功率理论”对有源电力滤波器的工业应用起到了巨大推动作用。80年代以后,有源滤波器的实用化技术逐渐成熟,应用越来越广泛。


        APF有源电力滤波器是基于电压源逆变器的新型电力电子谐波滤除装置,通过实时检测电网中由非线性负载产生的电流波形,分离出谐波电流部分,并通过IGBT逆变器输出反相补偿电流,实现滤除谐波的功能。另外,APF还可以提供超前或滞后的无功电流,用于改善电网的功率因数和实现动态无功补偿。和LC型的无源滤波相比,该产品是主动型补偿装置,动态性能好,安全性高,适应性强。


        APF有源滤波器之所以称为有源,顾名思义该装置需要提供电源,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因为传统的只能固定补偿,实现了动态跟踪补偿,而且可以既补谐波又补无功;三相电路瞬时无功功率理论是APF发展的主要基础理论;APF有并联型和串联型两种,前者用的多;并联有源滤波器主要是治理电流谐波,串联有源滤波器主要是治理电压谐波等引起的问题。有源滤波器同无源滤波器比较,治理效果好,主要可以同时滤除多次及高次谐波,不会引起谐振,但是价位相对高。

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        目前,作为解决谐波污染问题、补偿电网无功功率、提高电能质量的重要手段,有源滤波器已广泛应用于日本、欧美等工业发迖国家。诸如东芝公司、三菱电机、艾默生、西屋电气等一些知名的电气公司,产品技术已经相当成熟。相对来说,我国对谐波问题的研究起步较晚,1989年刚开始发表研究有源滤波器的论文,90年代以后,一些高校和科研机构才开始进行理论研究,研制样机。如今,电能质量问题日益受到重视,有源滤波器的理论技术不断进步,工程应用经验丰富,在与我们息息相关的生活中各大场所都有应用到有源滤波器。


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