单相并联型有源滤波器在电铁谐波抑制中的研究
摘 要 电力有源滤波器能够克服无源滤波器的种种缺点而被认为是一种能有效提高电能质量的装置。本文从实际应用的角度出发，在简要阐述单相并联型电力有源滤波器的原理的基础上，通过使用OrCAD／Pspice A／D软件对单点进行仿真，论证该装置的可行性。从而更进一步用编程的方法实现了实际检测数据的滤波模拟，证明了该种滤波器的有效性。这些结果对三相电力有源滤波器的设计也有一定的参考价值。
关键词 电力有源滤波器 电铁谐波 电能质量 仿真
1 引言
近年来，现代工业，商业和居民用电对电能质量越加敏感，对供电提出了更高的要求。在全国快速发展的电气化铁路更因为其重要性而对电能质量要求严格。仅仅依靠过去的无源设备滤波是远远不够的。因此，有源电力滤波发挥了越来越重要的作用。
在电气化铁道中，由于存在机车的往复用电，往往会向输电线路倒送大量的谐波电流（谐波源为电流型），严重的危害线路的安全。仅仅采用无源滤波器是不能达到用户的要求。
2 并联型电力有源滤波器的基本原理
与LC支路并联的有源滤波器是为减小有源电力滤波器的容量而提出的。LC支路的主要功能是滤出一部分3，5，7次谐波，但是受设计所限滤波效果并不显著。而有源滤波器只要补偿LC支路没有补偿的谐波。这样的混合系统性能好于只有LC支路，而有源滤波器只要提供很小的补偿电流，因而容量不大，所以大大降低了工程的成本。图1是混合系统的单相等效电路图。这里有源滤波器是一个理想的受控电压源，谐波源是电流源。当接入有源电力滤波器，并控制为一个电压源uc＝Kish，此时，滤波器将迫使负载的谐波电流流入LC支路，使得电源电流中不含谐波。可见，有源电力滤波器能解决LC支路固有的问题。由uc＝Kish还可以看出，有源滤波器不承受基波电压，这使得滤波器的容量大大减小。
由于在电铁中的实际情况是从负荷侧产生的谐波电流起了很大的消极作用，这里仅以考虑对负载谐波电流（ILh）的补偿特性加以说明。流回系统的谐波电流分量为
有源电力滤波器的输出电压为，UC=KIsh=
，对于Ish而言，图1和图2是等效的，因而将单相等效电路图画成图2的形式。由图可知，这相当于给系统阻抗串了一个纯电阻。如果K＞＞ZF，则由负载产生的谐波电流将流回LC支路。如果K＞＞Zs，则滤波特性由K决定。
由于来自电源的基波电流和来自负载的谐波电流都流入有源滤波器，因此，有源滤波器所需的容量采用容量估算公式为ZFILh×（IF0－ILh），其中IF0为无源滤波器的基波电流。
3 采用OrCAD进行单点仿真
以成昆电气化铁道西昌段泸沽牵引变电站为例。该变电站电臂仿真电路如图2。采用其α电臂的3，5，7，9，11次倒送谐波电流的95％最大值仿真。实时数据如表1。
电路结构：将C=10.586uF(3×11,10.5kV，100 kVar）与其容抗的12％的电感串联，该支路与谐波源并联。当无有源滤波器作用时，得到反流回系统侧的谐波电流如表2。
计算在公共连接点产生的谐波电流（按两相—三相等值换算到三相侧公共联接点的公式）允许值是指按国标（GB／T14549－93）计算在公共联接点允许的注入谐波电流。如表3，除了11次谐波电流经过LC滤波后在三相公共连接点能够达到允许值范围内以外，其他各次谐波值都会超标，其中3，5，7次谐波超标严重，严重危害到电气化铁道的安全。 
