蒋锐1,赵成2,杨为2,黄海宏1(1.合肥工业大学电气与自动化工程学院，
230009；2.国网安徽省电力公司电力科学研究院，安徽合肥 230022#摘 要：有源电力滤波器(APF)因其动态补偿效果好、控制精度高等优点，被广泛
应用于电网谐 理方面。大功率场合下通常 APF并联使用，介 了 APF并联技术，着重研究了容量配比方案
系统补偿阻感负载
载波相移多重化方案。利用MATLAB/Simulink软要蒋锐(1994―)， 男，硕士研究生，研
建立两种APF并联系统仿真模型，并按照容量配比方案制作试验样机。对2台APF
容负载分别进行了仿真及试验，试验结果均达到了
究方向为电［换 技术。，证明了两种方案的可行性。关键词：有源电力滤波器；并联运行；容量配比；载波相移多重化中图分类号：TM711 文献标志码：A 文章编号：2095-8188(2020)04-0083-06DOI ： 10.16628/j. cnki. 2095-8188.2050.04. 015Research on Parallel Method of Active Power FilterJIANG Rut，ZHAO Cheng2，YANG Wei2，HUANG Haitong1
(1. School of Electrical Engineering and Automation，Hefei University of Technolovy，Hefei 230009，China ；
2. State Grid Anhui Electric Power Research Institute，Hefei 230022，China)Abstract: The active power filter ( APF) has been widely used in power grid harmonic control due to its high
control accuracy and good dynamic compensation. In order to apply APF to high-power applications，this paper describes several APF parallel technolovies，and selects the capacity ratio scheme and eerier phase shift multiplexing scheme to build a system simulation model under MATLAB/Simulink platform，and the expeWmenta-prototype was produced. The simulation and experiment d the compensation cX the two APF pvallel systems were carried out. The results reach the network requiremenW，which verifies the feasibility of the proposed method.Key words： active power filters ( APF )； parallel operation ； capacity ratio ； carrier phaseshit multinlexing0引言由于电力电子装置的非线性特征，且 频率
，
力滤波器相比,APF主要有以下突出优点［1C*：可
补偿频率和大小都变化的谐
化的无功功率,且对补偿对象的变化 速 快;同时补偿，工作时会产生无功分 大量的谐无功功率和谐波,且可连续补偿无功;不易受电网
，不易和电网产生谐振;补偿特性不受电
常常会导致电流和电压的畸变，从而对电产生严重污染。频率变化 '既可补偿一个谐
无功源。无功源，也为了降低谐波污染对电网造成的危害，常在 谐波源侧放置谐波补偿装置，即无源电
(Passive Power Filter，PPF )和有源电
可集中补偿多个谐
器器APF要能补偿高次谐波，其功率管通
常工作在高频状态，受制于
的容
，单 APF(Active Power Filter，APF) o与较为传统的无源电
做大，故在某些大功率场合采用多台赵 成(1982―)，男，高级工程师，主要从事配电自动化及配网运行分析研究。 杨 为(1982―)，男，高级工程师，主要从事高电压和变电站直流系统研究。*基金项目：国家自然基金面上项目(51177037)—83 —电器与能效管理技术(2020NO. 4)APF 为必然选择。APF并联在增强系统灵活性及可靠性的同时，可 有效提高系统 容量〔心。1 APF并联方案研究目 常的APF并联方
有三种，分别为 、线路 、模化APF并联%或开关模 ，这样
做虽然可以提高系统输出容量，但是因为功率模块 的差异常常会导致不均流;线路
在 的加入用 环流的电感，
结复杂，还会增加
本;模块化APF： 按照系统
模块化的APF装置
，控制也较为简单且灵活性极高，应用最为广泛％下面对几种常见的APF模
加以介绍比较皿13*。1.1按容量比例补偿方案如图1所示。该方案控 制简单，目 也比较常见。方案中所有APF只需
一套谐波源电 测 ，按照 APF容量比例分配补偿电流大小。各模电流的分配既可
过 电路中电阻的比 实现，也可通过程序中不同的 系数实现。图1按容量比例补偿方案在控制上，各个模块独立运行，接受并联控制
单元(通常为DSP)的协调控制。各模块指令电 由DSP分配，同 DSP会实时监测
模块的工况。当有模块发生故障时，DSP会
更新指令电流，
使整个系统工作在最佳状态。1.2载波相
化补偿载波相
可以在相同 频率下，通过之间的组合，有效降
出 的THD%载相 的核心就
制各个开关管的调制波相同，但是控制载 一定的角度，从—84 —•电能质量•而提 效
频率14* %
载波相移技术用于APF并联，即为多重化补偿方案％APF载波相移多重化补偿方案如图2所示%
在多重化方案中，多个APF模块共用一套谐波检
测 、一 制电路， 侧共用一组电容，可大幅度节省 本。该方法与按容量分配方案类似，不同点在于，制单元不
模分配指令电流，还 制多台APF的的。各APF模
的调制波相同，但控制系统的载 一定角 ， 提 效频率，进而达到较好的系统补偿特性％图2 APF载波相移多重化补偿方案该方案的优 模块相对独立，个别模块发生故障对系统
不大;降低了单台APF的开频率，
了 ， 了发热，简化APF散热装置；多 APF共用一 制电路、驱电路、谐
测 侧电容，节省了成本％ 为系统只有一制器，对制器资源 较高， 制电路也较为复杂，单个DSP一般 ，一般使用DSP + CPLD的组合，提了 制 %1.3补偿方案如图3所示％由多台APF级
，每 APF拥有单独的谐 测 ％ APF1作为第一级，
测谐波源的电流，并按照自身容量能力优先进行谐 无功补偿。后 APF测
补偿后的电流，再对剩余的谐 无功进行补偿，依此类推％可 根据 系统容量增APF数目，冗余能
，且由于各APF控制相对独立，单 APF产生故障对系统 不大。该方案 也很明显，由于 APF均
具备谐测系统，相比前两种方案增加了谐 测元的数量，成本有所提高。此，APF模块容量分•电能质量•电器与能效管理技术(2020No. 4)案各模块共用一套谐波检测装置,较为节约成本,
态性能和补偿效果都
故障时,会
。 某 APF导致系统崩溃，可靠性较差,且各模 异较大， 分 设计，同 系统容量也难
改变,一般不采用此方案。过对比,本 选择按容量比例补偿方案和
基于载 相的多重化补偿方案进行进一步
研究。图3级联补偿方案2仿真及试验验证载状态,资源
2.1 2台APF并联仿真结果2 APF并联系统仿真模型如图4所示。模
配不合理,第一级APF会
载的APF可能一直处于轻载
满载工作，远用率较低,且系统可靠性也较差。1.4 数按谐波次数补偿的方案就
型由2台10 kW三相三线制APF并联而成。本
谐波按其次数节将分别采用按容量配比方案 基于载波相移
进行细分,再分配 APF模块进行补偿。该方多重化补偿方案进行仿真研究。—曾£—
ia8| DiscetE Is Jpowergui-口7「二 ia2图4 2台APF并联系统仿真模型2.1.1 按容量补偿方案(1)补偿阻感负载。令谐波源阻感负载中电
按容量配比方案,2 APF对同一谐波源进 为15 Q,电感为2 mH,进行仿真。补偿前、补 偿后容量配比阻感负载FFT分析分别如图5和6 示。补偿后电流THD由30. 21 %降至 5.91 % ,5次 7次谐波电流均降至0.5% 下。行采样，对采样 进行相
APF开关频率均为6 kHe,
可。令2 p出电流比为1：1,进行仿真。—85 —电器与能效管理技术(2020NO. 4)•电能质量•(2)补偿阻容负载。令谐波源阻容负载中电 感参数为2 mH，电阻为20 Q,电容为0.5 mF,进
行仿真。容 配比阻容负载FFT分析补偿前后
频率、输出电流比 载不变,分别对阻感及阻感负载、阻容容负载补偿，进行仿真。载波相
载仿真分别如图9和图10所示。分别如图7和图8 示。与补偿阻感负载类似,
补偿后电流THD由31.11 %降至6.02% , 了
较好的补偿效果。t/s(a)时域基波幅值(50 Hz)为 112.8 A,THD=31.11%3O.7038oO.
//S
3O.9040035 30 25 20 15 10 5
基波幅值(50 Hz)为 112.8 A,THD=30.21%2.1.2载波相移多重化方案采用载波相移多重化补偿方案,2
采用同一调制波,载
境下,2
APF采样、计
相同，仅 2台APF的载 相即可。为了 与按容量补偿方案进行比较，令2台APF的—86 —%、赳磬索帽笛
50
100 谐波次数(b)频域150 200llh Im............
50
图7容量配比阻容负载FFT分析(补偿前)100 150谐波次数 (b)频域图5补偿前容量配比阻感负载FFT分析0.360 0.370 0.380
t / S0.390 0.400t / s(a)时域基波幅值(50 Hz)为 113 A,THD=30.21%图8容量配比阻容负载FFT分析(补偿后)100谐波次数(b)频域II由图9可见，补偿阻感负载时THD降为
1502004. 81 %，对比图6发现，补偿后的 电流更加光滑，
8，补偿后的
了有效抑制。由10可见,电
图6补偿后容量配比阻感负载FFT分析补偿阻容负载时THD降为4.92% ,同样对比
了有效抑制。由
APF需分析可知,载 相移多重化方案实质180。。在仿真环提高了系统整 效 频率，即在单机 :频率不变的情况下，采用载波相移方案的多机
APF系统会
一致，故 调制更好的补偿效果。 ，由于载波相移方案对控制器
DSP +CPLD组合实现，
较为苛刻， 使用制策略也较为复杂,•电能质量•相对于容量配比方案不 实用，改进效果也分有限，故仅采用容量配比方案进行试验样机
的搭建。2.2 2台APF并联试验结果实验样机中LCL 参数:L1
= 1 mH,L2 = 0.2 mH,C 二22)F,R 二0.5 Q;直流电容为 2.5 mF,
由10个450 V、0. 5 mF电容 ；试验样机 为PM75CLA120, 峰值电流为75 A、耐压值为1 200 V；样机控制芯片为T
的 TMS320F2812 %采用2台相同参数的APF样机，基于按容量
配比方案，进行APF并联试验。由于每台样机直电器与能效管理技术(2020NO. 4)侧独立，因此不 环流问题。分对阻感 容负载进行补偿试验。(1)补偿阻感负载。2
APF并联系统补偿e感负载 THD分析分别如图11〜图13 f%
电流基本为正弦,且电网电压与 电流相位一致，说明无功功率也 了补偿。由13可见，补偿后电流THD降至1.63% %图11 2台APF阻感负载波形ReaW600V|1S Y@3aSlT EMTimch e -----Vi 50A||・| OFF|ch 6-------0PVL|OT 5俪Ie| wMMM 经过时间20ms/d0iAv| 00:00:00 |f : Hz…...............：................j..............
电压/电流电压4CH.J.S.7 ..j..............:...............f_______p…………图12 2台APF补偿阻感负载波形Real I-------VIEi^TIMEIWchCH3Tim e VVi e[w50A| | OFF|%of F--- PLOT' EVE^ lIUT din 40CEEV i纟至过时间6N0D|V | iha5r0mAOFFl| |f00:n om0 0:W00THD- |FH~F| 「O
53O12波形显示O29电压/电流OOO4CCHH
1116•电流电压4 10O1O•7O3O6O0O50
OO262O9O•O
『1-9O9
4丿矢量 |图表 | ■青单 ' HOLD 2819/15：1205/：3180
图13 2台APF补偿阻感负载THD分析( 2) 补偿 容 载% 2 APF
系统补偿—87 —电器与能效管理技术(2020NO. 4)容负载 THD分析分别如图14〜图16所示。与补偿阻感负载类似， 电与电网电压相位一致，无功功率 了补偿。由16可见,
补偿后电流THD降至2. 47% , 5次谐波降至
1.55% ,7次谐波降至0. 89%，谐 补偿效果达到
要求。APF1直流电压入网电流H ■Pu sh«一5偏置»:0.0mV图14 2台APF阻容负载波形/ SYS图15 2台APF补偿阻容负载波形ReaTETiMm erBmTlME PLOT' EVENT CHE _¥■KMl Vie[w %ofF经过时ND| iharm OFFl间 00: 00:00 TH)|f- F:| --2.47 H n117:O54O118:O14|34:O17波形显示119:O33|35:O22电压/电流 120:O09|36:O08121:O07|37:O27-_-・电压电流4122:O17|38:O214CCHH
123:O14|39:|40:O11124:O24|41:O09|25:O21|42:O22|26:O14|43:O14|27:O16他
O41|28:O15|45:O13DMM|29:O26|46:•功率O06电压|30:O22|47:O0538电流|31:O31|48:O08|32:O11|49:O|33:39O15
|50:O
09
，、“ 「代 清单
HOLD 2619/17:368:5/2110图16 2台APF补偿阻容负载THD分析3 结语本文从电网谐波污染入手，介绍了有源电力
滤波器的使用现状。针对三相三线制并联型—88 —•电能质量•APF，介绍了多种补偿方案，并选取容量配比方案
载波相移多重化补偿方案进行仿真，选取容量 配比方案搭建实物样机来证明
APF的有效性。结果表明, APF能大幅度降低系统的谐波含量。【参考文献】:1 :程启明，王玉娇,程尹曼，等•基于并联型有源电力
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，2012,26 (8) ： 687-692.收稿日期：2019-12-19
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