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小功率模块APF设计 　　摘 要：有源电力滤波器（APF）就是一种谐波、无功综合补偿系统。其基本原理是从补偿对象中检测出谐波电流，然后由逆变器产生一个与谐波电流相同的补偿电流，从而使电网电流只有与电网电压同相位的基波正序分量。它具有动态补偿、不易与电网阻抗发生谐振、所需贮能元件容量很小及补偿无功的大小可连续调节等优点。 　　关键词：有源电力滤波器；瞬时无功功率理论；谐波抑制；无功补偿 　　1 绪论 　　1.1 项目背景和意义 　　随着电力电子技术的飞速发展，各种电力电子装置在电力系统、工业、交通及家庭中应用日益广泛，电力电子装置产生的谐波、无功对电网的污染日趋严重，对电力系统和用户造成了一系列危害。 　　谐波和无功电流，从物理本质上看，都可以归结为波形的问题。谐波是工频正弦波畸变，无功是电压电流波形相位不同，由于物理本质的统一性，可以对电力系统中的谐波和无功进行综合补偿。 　　有源电力滤波器（APF）就是一种谐波、无功综合补偿系统。其基本原理是从补偿对象中检测出谐波电流，然后由逆变器产生一个与谐波电流相同的补偿电流，从而使电网电流只有与电网电压同相位的基波正序分量。它具有动态补偿、不易与电网阻抗发生谐振、所需贮能元件容量很小及补偿无功的大小可连续调节等优点。 　　1.1.1 谐波的产生及其危害 　　电力系统中的各种非线性元件是?a生高次谐波的主要原因。按照非线性元件的类习惯，电力系统谐波源可以分为两大类。 　　一是含有半导体非线性元件的电力电子装置谐波源。 　　二是含有电弧和铁磁非线性设备的谐波源。 　　理想的公共用电网所提供的电压应该具有单一固定的频率以及规定的电压幅值。谐波电流和谐波电压的出现，对公共用电网络是一种污染，它使用电设备所处的环境恶化，也对周围的通信系统和公用用电网络以外的设备带来危害。 　　1.1.2 谐波抑制 　　谐波抑制是提高电能质量，保证供用电设备安全可靠运行的重要手段之一，基本思路主要有两条：一是安装滤波装置来补偿谐波，这适用于各种谐波源；二是对电力电子装置进行改造，使其功率因数为1并减少谐波的产生。 　　装设滤波装置的传统方法是采用无源滤波器，也称为LC滤波器。这种方法既可以补偿谐波，又可补偿无功功率，而且结构简单。这种方法的主要缺点是补偿特性受电网阻抗和运行特性影响，易和系统发生并联谐振。且只能补偿固定频率的谐波，补偿效果也不甚理想。 　　采用有源电力滤波器是目前谐波抑制的一个重要趋势，有源电力滤波器也是一种电力电子装置，其基本原理是从补偿对象中检测出谐波电流，与补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等极性相反的补偿电流，从而使电网电流只含有基波分量。 　　1.1.3 无功补偿 　　无功补偿包括对基波无功功率的补偿和对谐波无功功率的补偿。对谐波无功功率的补偿实际上即是前面所述的谐波补偿。对基波无功功率的补偿可以采用并联电容器，具有成本低的优点，但只能补偿固定的无功功率。静止无功补偿装置（SVC）近年来获得了较大的发展，其典型代表是固定电容器+晶闸管控制电抗器（FC+TCR），晶闸管投切电容器（TSC）也获得广泛的应用。SVC的重要特性是能对补偿的无功功率连续调节。 　　1.2 项目技术要求 　　1.2.1 项目功能要求 　　本项目主要需要实现以下功能： 　　（1）单一指定次谐波补偿 　　（2）2至25次谐波全补偿 　　（3）无功补偿 　　（4）无功、谐波全补偿 　　1.2.2 项目技术指标（见下表） 　　2 系统设计 　　在设计主电路时，首先应确定主电路的形式。目前有源电力滤波器的主电路绝大多数采用电压型，采用电流型的极少。这里选择电压型、单个变流器的方式是具有代表性的。 　　2.1 并联有源电力滤波器的系统结构和工作原理 　　APF的系统框图如图1所示。表示交流电源，负载为谐波源，它产生谐波并消耗无功。有源电力滤波器系统由两大部分组成，即指令电流运算电路和补偿电流发生电路。其中指令电流运算电路的核心是检测出补偿对象电流中的谐波和无功等电流分量。补偿电流发生电路的作用是根据指令电流运算电路得出的补偿电流的指令信号，产生实际的补偿电流，它由电流跟踪控制电路、驱动电路和主电路三个部分构成。主电路目前均采用PWM变流器。 　　2.2 指令电流运算电路 　　指令电流运算电路的作用是根据有源电力滤波器的补偿目的得出补偿电流的指令信号，即期望由有源电力滤波器产生的补偿电流信号。指令电流运算电路的核心是谐波和无功电流实时检测方法。 　　若有源电力滤波器的补偿目的只是补偿谐波，则补偿电流信号应与检测的负载谐波极性相反。 　　当有源电力滤波器的补偿目的是同时补偿谐波和无功功率，补偿电流的指令信号应与负载电流的谐波及基波无功分量之和的大小相等、极性相反，