独立电源系统有源滤波器谐波和无功电流补偿策略研究

无功电流，主要有以下3种工作方式。

3.1.1 单独补偿谐波电流

(1) 谐波电流单次补偿

有源滤波器通过设置参数可以实现针对某次谐波电流进行单独补偿，如果装置在未达到限流补偿运行时，所选择的谐波能够被完全补偿。否则，有源滤波器工作在限流补偿输出状态，此时该次谐波为原来的kj倍，即电源系统中该次谐波不能够被完全补偿。而kj=IAPF-ms/Ihj-ms，IAPF-ms为有源滤波器的输出电流有效值，Ihj-ms为第j次谐波电流的有效值，kj随着该次谐波含量的多少而不断变化。因此，在有源滤波器工作过程中，系统将通过循环计算对其不断更新。

(2) 谐波电流的部分补偿

有源滤波器可以实现对(2~25)次谐波内的任意多次谐波同时补偿，以方便对电源中的多次谐波电流进行针对性补偿，满足不同工况的实际需求。在谐波次数选择时，所选择的谐波电流次数将按照优先级进行排序，先选择的补偿谐波次数优先级高，后者次之，依此类推。如果有源滤波器能够满足所选需要补偿的谐波电流，则将全部补偿所选择的谐波电流。否则，有源滤波器在补偿时必须工作在限流补偿输出状态，不能完全补偿所选择的谐波电流，对其补偿次数及补偿电流大小有两种选择策略。

① 当谐波电流次数补偿优先级功能开启时，有源滤波器首先补偿优先级高的谐波电流。该电流完全补偿后，如果有源滤波器还未达到其限流输出，有源滤波器再依次补偿优先级较低的谐波电流，最终使有源滤波器的输出达到限流补偿状态。

② 当谐波电流次数补偿优先级功能关闭时，有源滤波器补偿所选择次数的谐波没有先后之分。将所有选择的谐波电流乘以一个小于1的比例系数，保持有源滤波器工作在限流补偿状态，因此所选的谐波不能被完全补偿。

(3)谐波电流的全部补偿

谐波电流全部补偿，相当于在谐波电流部分补偿时，将所有能够补偿的谐波电流全部选中。在该补偿状态下，如果将优先级功能打开，首先必须认为将所有次数谐波按照补偿优先级别高低进行分类。而后，有源滤波器根据谐波补偿次数的优先级别，首先补偿优先级较高的谐波电流，而后再补偿优先级次之的谐波电流，直到有源滤波器达到设定的限流输出值。因此，在工业化应用过程中，可以实现将有限的输出功率补偿用户需要补偿的谐波电流，以便用户在有源滤波器的谐波电流补偿功能与线路中其它设备补偿功能之间得到更好的匹配。

3.1.2 单独补偿无功电流

有源滤波器补偿独立电源系统中的无功电流，当有源滤波器设定的限流输出值大于需要补偿的无功电流时，电源中的无功电流能够被完全补偿。当有源滤波器设定的限流输出值不能满足全部无功功率补偿时，需要将无功电流乘以比例系数kq再进行补偿。此时，有源滤波器处理单元根据提取出无功电流不断计算比例系数kq，并在补偿过程中实时更新。其数学表达式为：

(4)

式中：Iout-q表示有源滤波器单独补偿无功时的输出补偿电流;Iq为非线性负载中的无功电流;Iq-ms为非线性负载中无功电流的有效值;k为有源滤波器额定补偿功率百分比;IAPF为有源滤波器额定补偿电流有效值。

3.1.3 谐波和无功电流同时补偿

独立电源系统有源滤波器，在谐波和无功电流同时补偿时有3种策略可以选择：谐波补偿优先、无功补偿优先和二者优先级相同。谐波补偿优先时，首先优先补偿电源系统中的谐波电流，当补偿需要的谐波电流后，如果有源滤波器还未达到限流补偿状态，即有源滤波器还有一定剩余的补偿容量，将其用于补偿系统的无功功率。无功补偿优先时，即当有源滤波器在补偿过程中，其补偿功率首先用于电源系统的无功电流补偿，而后，如果补偿系统还有剩余的补偿容量，则补偿电源系统中的谐波电流。谐波补偿和无功补偿优先级相同时，当有源滤波器的补偿容量满足二者全部补偿时，直接将二者同时输出补偿即可。否则，电源中的谐波和无功电流不能得到全部补偿，补偿电流需要乘以比例系数后再注入电网。

3.2 新型策略的补偿性能分析

针对该新型补偿策略的补偿性能，现以补偿电源中的谐波电流为例加以说明。如果电源系统接入非线性负载后，电源电流为380A，电源的总谐波电流畸变率THDi=32%。计算得出负载电流中的基波电流为362A，统计(2~25)次谐波内的谐波电流，其中5次、7次、11次、13次、17次谐波含量较大，其电流畸变率及谐波电流值如表1所示。

表1 非线性负载电流、畸变率及其各次谐波含量

如果设置谐波电流全部补偿，则需要有源滤波器的补偿电流为116A。由于有源滤波器的补偿能力仅为100A，谐波电流不能被全部补偿。对该表中所列次数的谐波电流进行分次补偿，且各次谐波电流之间没有优先级。补偿电流为其实际需求