做座并联型混合滤波器及其滤波特性分析

并联型混合滤波器及其滤波特性分析

分类号：TM721.1 文献标识码：A

文章编号： (2000) HYBRID FILTER CONNEC中国商用飞机有限公司制造的C919大飞机主结构材料中TED IN SERIES APF WITH PF

AND COMPENSATING CHARACTERISTIC ANALYSISTANG Zhuo-yao， REN Zhen

(South China University of Technology, Guangzhou 510640，China)ABSTRACT：A single-phase hybrid filters are presented in this paper, which are used to compensate the harmonic current and reactive power caused by AC-DC type electric locomotive in power systems. The configuration design and harmonic detection with notch digital filters are also presented in this paper. A high performance integral controller is achieved. There are recursive integral controller and the APF output voltage feedback compensating control, which realize harmonic current feedback compe而阻燃PP在这方面的表现仍然不够理想nsation and APF minimum operation VA rating control. The simulation results show that the developed PHAPF and control strategies give satisfactory performance in harmonic and reactive power compensation.

KEY WORDS：active power filter; passive filter; electrified railway1 引言 交直型电力机车运行中产生的谐波和无功等问题严重地威胁着电力系统和电气化铁路自身的安全运行。应用现代技术对谐波等进行经济、有效的补偿是目前电气化铁路急待解决的重要问题之一。

消除谐波的方法是加装滤波装置。对高压大容量谐波源国内外目前主要是采用LC谐振型无源滤波器(PF), 并且这些滤波器兼有无功和负序补偿功能。尽管PF具有初期投资小，运行效率高等优点，但PF的滤波性能对系统阻抗、频率等参数变化极其敏感，难以达到预想的滤波效果。有源滤波器(APF)虽能克服PF存在的缺陷，但其安装容量受开关器件水平和补偿性能的限制［1，2］。将无源滤波器和有源滤波器相结合构成的混合型电力有源滤波器(HAPF)，取两者之长，补其之短，有助于减少谐波补偿系统的初期投资［3，4］，提高性能价格提高国内自给率;展开重大工程示范比，达到APF实用化及谐波抑制的目的。

电力机车产生的谐波源具有电压高、容量大和谐波次数低(主要是3、5、7次)等特点，采用混合滤波器对其进行综合治理无疑是一种既经济又有效的新技术［2］。文［2，5］讨论了混合滤波器的容量优化设计方法。在此基础上，针对电气化铁路谐波源的特点，文中介绍了PHAPF的结构、控制策略及其滤波特性分析，仿真结果证实本文提出的方案理论上是可行的，工程上是可实现的，小容量的APF改善了无源滤波器的滤波性能，这种PHAPF的性能/价格比较高。2 混合滤波器的结构 电力机车为单相牵引负荷，机车运行时不仅产生谐波，还带来无功及负序等2.温度与湿度问题。因此，合理地设计混合滤波器的结构，将会大大减少混合滤波器的投资，简化控制策略，达到谐波及无功综合补偿的目的。

由无源和有源滤波器构成的混合滤波器有两种基本联结方式［3，6］：串联型混合滤波器(SHAPF)和并联型混合滤波器(PHAPF)。SHAPF是将APF串联入系统和PF之间，APF起“隔离”负载谐波电流和背景谐波电压的作用，但这种结构的混合滤波器工程上实现困难。PHAPF采用APF与PF并行联结的方式，APF仍起谐波补偿的作用，它将PF作用后残余的谐波电流加以消除。因此，APF的容量很小。为使该结构适应高压系统，可在APF上再串联一PF1(主要是高压电容)［2，3］，PF1的作用是隔离基波电压，减少基波损耗，从而进一步减少APF的容量。

理论分析发现，这种PHAPF结构主要适用于APF与PF分段抑制谐波的场合，如APF抑制低频段，PF抑制高频段，反之亦然。否则，电源与APF、PF之间存在谐波通道，特别是APF与PF之间的谐波通道，可能使流入PF的谐波电流又注入APF。

近年来，Akagi、Mohan等学者对混合滤波器的结构进行了较多研究［3，6］，但都只适用一定的范围。本文根据电力机车产生谐波源的特点和电气化铁路谐波综合治理的要求，在文［2］的基础上提出了适用于电气化铁路无功谐波综合治理的混合滤波器结构，如图1所示。图1 建议的PHAPF结构

Fig.1 PHAPF structure prosposed 图1中，无源滤波器是带降压变压器晶闸管投切方案［7］，本文以某牵引变电所为对象，牵引臂电压27.5kV，系统阻抗15.79Ω。根据文［2，5］的优化结果，无源滤波器电容器的安装容量2×2000kvar，APF的安装容量为2×250kVA。图1中，开关ST由多个晶闸管串联构成固态开关，用于投切滤波器支路，防止无功反送和实现电压调节。APF对PF起补充作用，由APF消除残余谐波电流，并同时具有消除PF与