三相四線制系統中有源電力濾波器的研究

1引言

三相四線制系統在工業供電、民用住宅以及城市供電等電力系統中普遍應用。其中，諧波和三相不平衡問題越來越引起人們的重視。根據日本電氣學會發表的一項有關諧波源的調查報告，辦公及家用電器所產生的諧波占整個諧波源的25%^[1]。調查報告指出，在低壓供電系統中，每天19-22時電網電流波形畸變嚴重，三相之間存在嚴重的不平衡現象，這正是電視收視率最高的時段。因此，對于電視機、計算機、電磁爐、電子鎮流器、等電子設備來說，雖然作為個體它們的功率都不大，但是，隨著它們的應用越來越普及，其數量也越來越大，而且大多為單相負荷，其對電網產生的諧波以及三相之間的不平衡影響變得不可忽視。零線電流引起的事故在我國也有報道，所以對三線四線制系統中的諧波和三相不平衡進行補償具有重要的意義。

三相四線制系統與三相三線制系統的區別在于三相四線制系統存在零線，因而用于三相四線制系統中的有源電力濾波器與用于三相三線制中的相比，根本的區別在于對三相電流中零序分量的處理。三相四線制有源濾波器由指令電流運算電路和補償電流發生電路兩部分構成。對于前一部分，要求在三相四線制的情況下，檢測出被補償對象的諧波分量、基波負序分量，同時對系統的零序電流分量作出適當的處理，并準確快速地形成指令電流；而對于后一部分，則要求根據指令電流信號正確地產生補償電流，其中包括諧波分量、基波負序分量和零序電流分量。

用于三相四線制系統中的電力有源濾波器在結構形式上也可有并聯型、串聯型和混合型等。本文在介紹三種典型的用于三相四線制系統的并聯型有源電力濾波器結構的基礎上，分析了其中兩種常用結構的控制方法。

2．三相四線制有源濾波器的結構

與三相三線制系統相似，用于三相四線制系統中的電力有源濾波器在結構形式上也分為并聯型、串聯型和混合型等。與三相三線制系統不同的是，其主電路的結構形式會由于零線的存在有不同的結構形式。圖1至圖3給出了三種典型的用于三相四線制系統的并聯型有源電力濾波器結構示意圖。

圖1 用于三相四線制的四相變流器形式APF

圖1是采用四相變流器為主電路的結構形式，其中第四相與系統零線相連，用來抑制非線性系統中的零線電流。這種電路一般運用于負載功率較大的場合。

圖2 用于三相四線制的三相變流器形式APF