探讨有源电力滤波器（APF）在谐波治理中应用

郭永凯

摘 要：随着社会用电量需求越来越大，电网覆盖的范围也越来越广，这就导致电网运行过程中会有更多问题出现。而谐波就是影响电网正常运行的因素，其会在电网运行的过程中对其造成破坏，严重时诱发安全事故。本文将分析谐波产生的原因及谐波的危害，并根据有源电力滤波器的原理和特征分析，对其在谐波治理中的应用进行探讨。

关键词：有源电力滤波器；谐波治理；应用

中图分类号： TM7 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）10-145-2

0 引言

在欧美工业和电力技术发达的的国家，电网中对有源电力滤波器的应用极其广泛，这让电网的整体供电质量得到有效提升，其中就包含对谐波的治理。随着我国工业化进程的不断推进，谐波成为影响工业用电的主要问题，对我国的工业发展带来严重的阻碍。目前有源电力滤波器在我国电网中的应用取得了一定的成果，但从整体上来看谐波仍然严重影响着我国电网的正常运行，所以对于我国的工业发展而言，加强对有源电力滤波器在谐波治理中的应用研究有着重要意义。

1 谐波产生的原因及其危害

1.1 谐波产生的原因

1.1.1 因发电源质量问题产生的谐波。

在发电机发电的过程中，由于发电机内部三项绕组的制作不能达到绝对意义上的对称，所以在发电机的实际运行中会产生谐波。同时，发电机内部铁芯也不能达到绝对意义上的均匀一致，所以也会导致发电机工作时谐波的出现。

1.1.2 配电网问题引起的谐波。

在配电网和输电网中会有电力变压器的存在，而电力变压器在运行的过程中会不可避免的产生谐波，导致配电网和输电网在正常运行的时候受到谐波的影响。

1.1.3 用电设备产生的谐波。

由于用电设备中存在非线性负载，其在运行的过程中就会产生谐波，导致正常用电受到影响。

1.2 谐波的危害

1.2.1 导致输电和用电效率下降。

在电网运行的过程中，部分原件受到谐波的影响会有附加损耗的产生，这样就导致用电和输电的效率不断下降。

1.2.2 干扰和误动。

由于谐波的影响，电网中的自动控制装置和继电保护装置等会在运行的过程中受到干扰，有时甚至会出现误动的情况，严重影响电网的正常运行。

1.2.3 影响电气设备的安全。

在电网运行的过程中，当局部存在并联谐振或串联谐振的时候，谐波的性能会受到影响，其中最明显的是谐波电流被严重放大，导致电网中的电气设备不能安全运行，情况严重的时候还会诱发安全事故。

1.2.4 导致电气测量的计量误差。

在存在谐波的情况下，电器测量仪表会因为谐波的存在而不能正常工作，导致计量数据存在误差，从而给相关的用电户和供电企业造成经济损失。

2 有源电力滤波器的应用

2.1 有源电力滤波器的特点

①动态的补偿。当电网中存在谐波的时候，有源电力滤波器的应用，能让变化的无功功率和大小、频率都发生的谐波得到功率的补偿，并且能根据补偿对象的实时情况在极短的时间内完成补偿。

②不会对系统阻抗产生影响。从实际情况来看，高阻抗电流源是有源滤波装置的本質，所以系统阻抗不会因为它的接入而受到影响。所以对于有源滤波装置而言，其能够实现规模化和系列化的生产。

③有源滤波装置不会因为电网结构的变化而受到较大影响，不会与电网阻抗作用而产生谐波，并且还能有效抑制谐振的出现。

④能在没有储能元件的情况下完成对无功功率的补偿，并且在对谐波进行补偿的时候也不需要大的储能元件。

⑤当电网运行过程中线路上的谐波电流急剧上升时，有源滤波器不会出现过载的现象，其正常功能将不会受到影响，所以不必将其与系统断开。

⑥有源滤波装置能够有选择性地进行输出，其中可以在不输出基波无功功率的情况下完成对高次谐波电流的功率补偿输出。

2.2 有源电力滤波器的原理

有源电力滤波系统主要是由两个部分组成，分别是补偿电流发生电路和指令电流检测电路，其组成如图1所示。

对于指令电流检测电路，其主要是将基波无功电流和谐波电流分量从负载电流中分离出来，通过对其进行反极性处理之后发出补偿电流指令信号。根据主电路产生的补偿电流，电流跟踪控制电路能够通过计算得到主电路各开关器件的触发脉冲。触发脉冲在通过驱动电路之后到达主电路并对其产生作用。电源电流中在这样的情况下会只存在基波的有功分量，从而完成无功补偿并消除谐波。其工作原理如图2所示。

在有源电力滤波器中，PWM逆变器是主电路的主要组成。由于逆变器直流侧的储能元件有所不同，所以将有源滤波器分为电压型和电流型，其中电压型以电容作为储能元件，而电流型以电感作为储能元件。在使用电压型有源滤波器的时候，为了让直流侧的电压保持稳定不变，会采取一定的电容电压控制措施，所以PWM电压波是逆变器交流测的主要输出电波。而在使用电流型有源滤波器的时候，则需要通过对直流侧电感电流的控制，让直流侧的电流值保持固定，所以PWM电流波是逆变器交流测的主要输出电波。对于电压型有源滤波器而言，其在实际的应用中效率较高并且不会造成大量的损耗，所以在国内外得到了广泛的应用。对于电流型有源滤波器而言，其在实际使用的过程中始终会有电流流过电流测的电感，而在流经电感的时候会有大量的损耗，所以其在实际应用中较少出现。其中电压型有源滤波器和电流型有源滤波器的结构如图3和图4所示。

3 总结

随着我国工业的不断发展，谐波对电网的污染将会越来越严重，这对我国工业用电设备带来严重损害，从而影响电网的安全运行。同时，随着人们对环保的重视程度不断加深，绿色电网的概念也得到社会的广泛认同，谐波的治理将会成为提升电网绿色环保运行质量的必然手段。

参 考 文 献

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