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有源電力濾波器

 1概述

APF主要采用FFT算法，DFT算法以及三相電路瞬時無功功率理論算法；APF有并聯型和串聯型兩種，前者用的多；并聯有源濾波器主要是治理電流諧波，串聯有源濾波器主要是治理電壓諧波等引起的問題。

2理論基礎

有源濾波器同無源濾波器比較，治理效果好，主要可以同時濾除多次及高次諧波，不會引起諧振，但是價位相對高！實際應用安全系數很低，國際普遍做法是以變壓器升壓，來保證可靠性，國家相關部門也要求以變壓器升壓的形式和有源濾波器結合，治理高壓諧波！

3標準

國際標準

EN 50091-3, EN 61000-6-2, EN55011, EN 50178:1997, IEC 62040-3, IEC 50178:1997, AS 62040-3（VFI SS 111）, CISPR11

國家標準

GB/T14549-93《電能質量：公用電網諧波》

GB/T15543-1995 《電能質量：三相電壓允許不平衡度》

GB/T15945-1995 《電能質量：電力系統頻率允許偏差》

GB/T12326-2000 《電能質量：電壓波動和閃變》

GB/T12325-2003 《電能質量：供電電壓允許偏差》

GB/T18481-2001 《電能質量：暫時過電壓和瞬態過電壓》

GB/T15576-1995 《低壓無功功率靜態補償裝置總技術條件》

GB7625.11998 《低壓電氣電子產品發出的諧波電流限值》

GB4208-93 《外殼防護等級的分類》

4三電平

二極管箝位三電平拓撲由日本學者Nabae. A 等人在1980 年提出，經過近30年的發展，廣泛應用于電力電子技術的各個領域。二極管箝位三電平拓撲的優勢在于，各個開關管承受的反向電壓為直流母線電壓的一半，可以用較低電壓等級的開關管，組成較高電壓等級的變流器。已經廣泛應用于4.2kV電動機傳動系統。通常三電平技術一般應用于電壓較高、功率較大的系統中，正是由功率器件耐壓有限與變流器系統需求電壓較高的矛盾現實決定的。但是我們應該看到二極管箝位三電平拓撲本身固有的一些優勢。

技術優勢

（1） 用電壓等級較低的開關管構成電壓等級較高的變流器，隨著功率器件技術的不斷發展，市場上已經有6500V的IGBT出售，但是耐壓越高的IGBT其開關損耗越高，最高開關頻率也變得比較低。3300V以上的IGBT開關頻率最高不會超過5kHz,1200V的IGBT的開關損耗遠大于600V的IGBT。采用低壓IGBT的三電平變流器的開關損耗遠低于同樣電壓等級采用高壓IGBT的兩電平變流器，同時前者可以達到的開關頻率也高于后者。

（2） 能夠輸出三種電平。二極管箝位三電平變流器能夠輸出正母線電壓、負母線電壓以及零電壓（簡稱P、N、O）,一般情況下輸出電壓在P-O、O-N之間跳變，特殊情況下會出現P-N跳變，而兩電平變流器只能在P-N之間跳變。也就是說三電平的電壓跳變幅度為直流母線電壓的一半，而兩電平的為直流母線電壓。高的電壓跳變幅度對并網逆變器或有源電力濾波器帶來的是較高的紋波電流，為了抑制紋波電流，需要較大的輸出電感和濾波電容，由此帶來了較高的紋波電流損耗。同時由于輸出濾波電感電容也降低了電流響應速度，或對輸出電流的能力產生了一定的限制。對于變頻器帶來的則是對電機的沖擊以及較大的軸電流，嚴重影響著電機的壽命。另外，較高的電壓跳變幅度也會產生嚴重的電磁干擾，對周邊電子設備產生嚴重危害。而三電平以其固有的優勢，在很大程度上解決了上述問題。

隨著技術的不斷發展，三電平技術被越來越多的人所重視，同時也將其從中壓大功率領域，引入到400V的低壓小功率應用之中，各個國際知名功率器件廠家推出了大量適應于400V系統應用的集成二極管箝位三電平功率模塊，并有逐漸取代傳統兩電平變流器的趨勢。應用于400V領域的成功的三電平產品如下：

（1）2008年日本安川電機推出了Varispeed G7系列通用矢量變頻器，其400V產品采用三菱的三電平功率模塊，并在應用中取得了巨大成功。

（2）2009年德州和能工業自動化有限公司在自主開發的三電平變流器控制技術的基礎上，推出了HEINV系列三電平光伏并網逆變器，前端采用對稱BOOST進行最大功率點跟蹤，逆變器采用二極管箝位三電平拓撲，兩者相互配合，采用Semikron的三電平功率模塊，各項指標均優于同類兩電平產品。

（3）2006年上海交通大學與上海信元瑞電氣有限公司（當時的上海飛平電子有限公司）合作推出了國內唯一一個以能量算法為基礎的有源電力濾波器（APF）NEWSINE系列產品，大大的提高了系統的穩定性，隨著此后該產品在我國137個大型項目中的實際應用情況反饋，證明和標志了中國FACTS技術已經達到了國際領先水平。

濾波器

將二極管箝位三電平技術應用于有源電力濾波器領域，國內外很多文獻都有涉及，國內外許多專家學者對此都進行了比較深入的研究，也提出了很多新的算法。但是，三電平有源電力濾波器始終沒有從實驗室走向市場。究其原因，有可能是技術不夠成熟，控制算法過于復雜，應用成本高，也可能是企業界對此不夠重視，尚未認識到該技術的優勢。德州和能工業自動化有限公司通過對三電平技術的深入研究以及對市場趨勢的正確把握，在業界首先推出了三電平有源電力濾波器產品。

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