隨著大量非線性負(fù)荷在工業(yè)中的廣泛應(yīng)用，電能質(zhì)量變得越來越重要。電能質(zhì)量最常見的問題就是諧波污染。諧波通常是由應(yīng)用于國內(nèi)工業(yè)的非線性負(fù)載的使用造成的。

　　由于低成本和結(jié)構(gòu)簡單，無源濾波器是傳統(tǒng)的用來抑制諧波電流和無功補(bǔ)償?shù)闹饕绞健Ｈ欢瑹o緣電力濾波器有好多缺點(diǎn)，例如：型號(hào)太大，負(fù)載阻抗間的串并聯(lián)諧振。有源濾波器(APF)比無源濾波器有明顯的優(yōu)點(diǎn)。他們能更有效的抑制諧波和提高電能質(zhì)量。混合型有源電力濾波器，由于有效克服了開關(guān)器件容量和成本等方面的限制，能夠很好地滿足高壓大功率系統(tǒng)諧波治理和無功補(bǔ)償?shù)囊螅瑫r(shí)兼顧了無源濾波器和有源濾波器兩者的長處，具有較高的性價(jià)比。

　　本文提出了一種串聯(lián)諧振注入式混合型有源電力濾波器(SRIHAPF)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖1所示，該結(jié)構(gòu)通過一組單調(diào)諧濾波支路代替注入式結(jié)構(gòu)的濾波電容能夠很好的抑制諧波電流和補(bǔ)償無功功率，從而避免了電網(wǎng)諧波電壓的放大現(xiàn)象。基于傳統(tǒng)的混合型有源濾波器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，新型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在諧波電流源控制的APF兩端并聯(lián)了一個(gè)小電感諧振電路，該部分對(duì)諧波呈現(xiàn)低阻抗特性，有利于諧波電流的注入。由于新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的無源濾波器的優(yōu)化設(shè)計(jì)，APF不必承受基波電壓。因此APF的功率等級(jí)得到了有效的降低。　　

圖1 混合型有源濾波器系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

　　一、注入式結(jié)構(gòu)的電氣模型及濾波原理

　　圖1所示的串聯(lián)諧振注入式混合型有源電力濾波器與傳統(tǒng)的注入式結(jié)構(gòu)相比[8]，具有更高的諧波電流注入能力，并且當(dāng)電網(wǎng)諧波電壓較高時(shí)仍能夠安全穩(wěn)定地工作。為便于理論分析，本文建立了注入式混合型有源電力濾波器的統(tǒng)一電氣模型，并從串聯(lián)諧振支路諧波分壓的角度探討了新型結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性。

　　(一)注入式結(jié)構(gòu)的電氣模型

　　在注入式結(jié)構(gòu)的混合型有源電力濾波器中：假設(shè)電源諧波電壓為USh;電網(wǎng)阻抗為ZSh;將負(fù)載看成諧波電流源ILh;而有源部分被控制為一個(gè)理想的諧波電壓源U1。則從帶有注入式結(jié)構(gòu)的混合型有源電力濾波器的諧波域單相電氣模型可以知道，其中ISh、ILh、IPh、ICh、IRh和IGh分別為電網(wǎng)支路、負(fù)載支路、并聯(lián)無源支路、有源支路、基波串聯(lián)諧振電路和注入支路的電流，ZSh、ZPh、ZGh、ZRh分別為電網(wǎng)阻抗、無源部分阻抗、有源注入支路等效阻抗和基波串聯(lián)諧振電路阻抗。

　　(二)基波諧振支路諧波分壓的分析

　　基波諧振支路的諧波分壓主要來源于兩個(gè)方面，一方面是電網(wǎng)諧波電壓在基波諧振支路的分壓，另一個(gè)方面是由于注入支路調(diào)諧頻率附近的諧波電壓被嚴(yán)重放大，造成基波諧振支路諧波含量急劇增加

　　在基波頻率處由于L1調(diào)諧在低頻段和固定值，大量的基波無功功率流經(jīng)電感L1而不通過APF。因此APF承受的基波電壓得到了有效的降低，APF的電壓等級(jí)也得到了很好的改善。

　　Z1<

　　諧波注入部分為諧振電路，由于電感的存在，提高了注入電容值，降低了基波諧振支路的諧波分壓值，還可以有效避免電網(wǎng)低頻諧波電壓的放大現(xiàn)象，而且還不會(huì)產(chǎn)生諧波環(huán)流，大大降低了基波諧振支路的諧波分壓。

　　二、仿真結(jié)果

　　為驗(yàn)證本文所提出的SRIHAPF結(jié)構(gòu)的諧波處理及無功補(bǔ)償?shù)挠行裕凑丈鲜鼋Y(jié)構(gòu)和原理，利用Matlab/Simulink進(jìn)行仿真。對(duì)于在特定條件下的低功率因數(shù)和5次、7次、11次、13次諧波在10KV網(wǎng)絡(luò)中，模擬仿真所使用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在圖1中顯示出來的。兩組無源濾波器在250-350HZ內(nèi)調(diào)整，仿真條件是在線電壓Ush=10KV，50hz，5、7、11、13為主要的諧波電流。　　

(a)未投濾波裝置的電網(wǎng)電流波形

(b)投入濾波裝置后的電網(wǎng)電流波形

　　從上圖中可以看出，SRIHAPF投入前，電網(wǎng)5次和7次諧波電流污染嚴(yán)重，并且電網(wǎng)無功不足。SRIHAPF投入運(yùn)行后，電網(wǎng)諧波含量明顯降低，電網(wǎng)諧波得到有效的治理。

　　三、結(jié)束語

　　本文提出了一種適用于中高壓電力系統(tǒng)的新型并聯(lián)混合型有源濾波器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)的混合型有源濾波器相比，SRIHAPF的諧波注入能力具有更大的優(yōu)越性，從而確保了系統(tǒng)在諧波含量較大時(shí)仍能安全穩(wěn)定的運(yùn)行。通過分析可知，SRIHAPF對(duì)電網(wǎng)等效阻抗與無緣支路間可能的諧振具有良好的抑制效果，仿真結(jié)果驗(yàn)證了該系統(tǒng)的可行性及本文分析的正確性。