基于有源滤波的电力变压器节能技术的研究

 随着有源滤波控制水平的不断提高，研究其理念下的电力变压器节能技术凸显出重要意义。本文首先对有源滤波器控制做了概述，分析了变压器运行损耗影响因素，并对有源滤波的电力变压器节能技术做了研究，提出了个人看法。

一、前言

作为一项实际应用效果良好的控制方法，有源滤波控制技术在近期得到了长足的发展和进步。

研究其理念下的电力变压器节能技术，能够更好地提升有源滤波控制的实践水平，从而有效优化电力变压器节能技术的最终整体效果。

二、有源滤波器控制概述

近年来，随着电力电子技术的高速发展和电力电子设备的普及，使得谐波对电网的污染日趋严重。

电力电子装置自身所具有的非线性导致了电网中含有大量谐波，给电力系统带来了严重的谐波污染。谐波是指对周期性交流进行的傅里叶分解后得到频率不为基波频率的分量。有源电力滤波器（APF）是一种能动态抑制谐波和补偿无功的电力电子装置，它能对幅值和频率都变化的谐波进行快速的跟踪补偿且补偿性不受系统阻尼的影响，其控制电路容易实施限流保护以提高系统的安全性，因而受到了极大的关注。

控制系统是有源电力滤波器的核心，决定了有源电力滤波器的主要性能和指标。现今常用的PI控制对检测到的误差信号能立即产生校正作用，跟踪的快速性较好，但是它的跟踪效果不好，并且PI调节不能消除系统的稳态误差。重复控制技术被引入APF控制，用来消除周期性负载谐波，其思想来源于控制理论的内模原理，利用负载扰动的周期性规律，有针对性的逐步修正，可以保证输出的波形精确跟踪给定，是一种能消除所有包含在稳定闭环内的周期性误差的控制方案，结构简单，易于实现。

有源滤波器系统结构各部分的主要功能：电压型逆变模块和连接电抗器，用于补偿负载畸变的谐波电流，通过它完成电网与直流电容有功功率和无功功率的交换；直流侧支撑电容，用于存储电能，为VSI提供直流电压支撑，同时补偿系统有功损耗以保证直流电压稳定；锁相环，用于锁定电网电压相位；畸变电流检测模块，用于实时检测负载的谐波电流分量和无功电流量，为VSI输出的补偿电流提供参考值；逆变器控制模块，可以通过直接电流控制或间接电流控制方法，使VSI输出电流实时跟踪指令电流的变化。

三、变压器运行损耗影响因素分析

影响变压器损耗的因素有很多，总结起来，主要表现在以下几个方面：

1.变压器的结构类型传统的变压器几乎都是采用高压绕组和低压绕组制成，利用电磁感应原理实现高压与低压之间的电压转换与电能传递。新的结构的出现，使得变压器的运行损耗不再是单纯的分为有功功率损耗和无功功率损耗，而是必须要针对具体的结构进行分析。

2.变压器的材料类型变压器的材料主要是指用于制作铁芯和绕组的材料，从过去普通的铁质铁芯，发展到目前非晶合金铁芯变压器、三相油浸卷铁芯变压器等新式材料变压器，由于新型材料的应用，使得现在的变压器的导磁率相较于过去传统变压器有了大幅提升，因此现在的变压器的运行损耗已经越来越取决于材料的导磁率等属性。

3.变压器的负载类型变压器连接不同类型的负载，对于变压器在实际运行过程中的损耗也有会有一定影响，这主要是因为电网中的负载类型包括感性负载、非感性负载以及其他类型的负载，不同类型的负载会影响到变压器在电能转换和配电传输过程中的效率，从而对变压器运行的损耗产生影响。

4.电网的输电状况变压器作为电力电能转换传输的关键环节，必然会参与电网的并网连接和运行，电网电压的状况也会对变压器的运行损耗产生一定影响，比如电网输电电压采用超高压进行传输，其变压器的运行损耗相对就会小一些，电力转换的效率相对就较高。

四、有源滤波的电力变压器节能技术1.补偿电流的检测方法

（一）通过对带阻滤波器装置的应用，使基波电流能够流经待检测的电流。通过此种方式，将所获取的变压器高次谐波设定为检测电流的补偿对象。我们通常将此种对补偿电流的检测方式称之为基波电流减去法。此项方法的优势在于：补偿反应直观，且可操作性强，但同样存在一定的不足之处，即整个有源滤波器在功能实现方面相对比较简单，仅能够针对变压器高次谐波进行消除。并且，对带阻滤波器装置的应用是建立在理想环境下的，实际环境中无法达到理想的应用状态。因此，在现阶段的电力系统建设中，较少会使用此种检测方法。

（二）在有关补偿电流检测方面还有一个关键性的方法，即频率分析法。此项检测方法以傅里叶级数分析法为基础而形成。在对畸变电流、电压进行检测的基础之上，对其实施基于傅里叶式的转换。转化过程当中可将畸变电流、电流分解成分具有高次谐波代数属性的组分，最终形成相应的补偿电流。但由于其建立在傅里叶级数分析的基础之上，导致检测数据的分析存在比较大的难度，且相对于实际情况的可调控性较低。

2.补偿电流控制途径现阶段，补偿电流的控制主要可通过以下几种途径实现：

（一）三角载波调制法指的是将在检测环节所得到的电流实际值和参考值之间的偏差产生的控制信号与高频的三角调制波展开实时比较，最后将所得到的矩形脉冲作为逆变器各个开关组件的一个控制性的信号，从而在逆变器的输出端得到所需要的波形。这种调制方法的最大优势在于开关的频率比较固定，响应的速度也较快，而且对高开关频率的系统具有较好的控制特性。但是这种方法最大的不足在于电流系统的硬件较为复杂，以致出现的误差较大，而且调制器的带宽是有限的，不能滤除所有调制性信号的所有脉动，输出的波型中可能存在与三角载波相同频率的高频畸变分量；高频的三角波会使逆变器一直处于保持高频工作状态，这就会产生较大的开关损耗和高频失真，在大功率的系统应用中无法正常使用。

（二）滞环比较调制法这种方法是以补偿电流的参考值为基准而设计的1个滞环带，在实际的补偿电流将要离开滞环带时，逆变器的开关就会自动工作，使得实际的电流始终停留在滞环带以内，数值始终围绕其参考值的上下在波动。这种调制方法的优势在于它的硬件电比较路简单，容易实现，而且动态的响应较快，控制的精度高。但不足是对于无线连接的逆变器而言，若三相间的控制不能独立，则势必会产生相间的干扰，这样就不利于快速暂停的有效控制。

五、结束语

通过对基于有源滤波的电力变压器节能技术的相关研究，我们可以发现，该项工作的顺利开展，有赖于对有源滤波多项影响环节与因素的充分掌控，有关人员应该从其应用的客观实际出发，研究制定最为符合实际的相对应实施方案。

原标题:基于有源滤波的电力变压器节能技术的研究