有源电力滤波器在沈阳卷烟厂谐波治理中的研究与应用

王铭峣 葛权庆 伊凡 韩刚

摘要：随着我国经济的发展，工业设备大量的投入，这些设备往往具有非线性的属性，因此会引起谐波的产生，这将严重影响电网的电能质量。本文针对沈阳卷烟厂内的各种非线性大负荷设备的应用，导致电网的波形发生畸变的问题，提出了对有源滤波器的延时补偿的方法，有效提了补偿的精度，提高了电能的质量。

近年来，我国的轻、重工业的快速发展，使得大量的电气设备的投入和使用，由于电力电子设备通常具有非线性的特点，导致了大量的谐波在电網中出现，影响了网络的电压和电流的波形。谐波对于用户会产生很大的危害，尤其是相对敏感的电气设备，导致这些设备无法正常运行影响其工作的状态。在电网中，谐波的存在实际上是对电网电能的一种污染，治理和消除谐波是电气领域的重要研究方向。变电站是电力系统的重要组成部分，在电能的分配和输送中必须保证其运行的稳定性。当变电站内的谐波分量严重时会给电气设备带来严重影响，因此站内的谐波治理是需要解决的重要问题。

1沈阳卷烟厂谐波现状分析

基于生产的需要，沈阳卷烟厂内部安装使用了大量的非线性性质的负荷设备，这些设备对厂内的电压和电流的波形产生畸变，从而会影响了电能的质量和卷烟厂内部的生产生活。为了抑制和消除这些谐波，需要对厂内的电能质量进行定期的检测和分析，找出谐波的问题所在，然后采取相关的措施进行治理。

卷烟厂内用电系统有两条线路，烟草I线带有10kV/0.4kV的厂变和10kV/1kV/1kV的炉变，在厂变下分别带有制冷机、空压机以及水泵电机，在炉变下带有中频炉;烟草II线下也带有10kV/0.4kV的厂变和10kV/1kV/1kV的炉变，厂变下则带起重机、工艺空调以及除尘风机，而炉变带有两台中频炉。

在谐波电压的含量分析中，电压的畸变程度较为严重，其中7次、11次、12次、13次以及18次谐波电压的畸变率都超出了国际允许标准，总的电压畸变率也远超国际标准，此时并网将会严重污染电网中的电能质量。这些电能流入电网中必将对电网造成污染，为此急需对该烟厂的谐波进行治理。在初期厂内主要通过无源电力滤波器来滤除谐波，但是这种装置的动态性能较差，只能对固定范围内的谐波进行补偿，在厂内运行环境发生变化时，会导致谐振现象发生，使得谐波电流被放大，进一步降低电能的质量。而有源电力滤波器是目前谐波治理最有效的手段之一，这种装置具有良好的动态性能，同时还能对厂内的无功进行补偿，为此本文将选择这种装置来治理厂内的谐波。

2有源电力滤波器的基本结构

APF的整体结构图如图2所示，图中利用不可控整流电路来代替非线性电力设备，将APF并接在电源和非线性负载之间，此时APF将会对非线性侧的负载电流进行检测，并通过指令电流控制电路生成相应的指令电流，在跟踪电路的作用下生成相应的驱动信号，驱动变流器动作，产生需要的补偿电流，注入电网中，消除电网中的谐波电流。

3 APF的延时研究与校正与实验结果分析

有源滤波器在应用的过程中会存在一定的延时问题，为了提高精度，我们采用对其补偿的方法。首先，对低通滤波器进的工作特性和产生的时延进行一定的分析研究，进而提出采用跟踪微分器的方法对低通滤波器进行一定的补偿过程。通过该过程，提高补偿电流的精度;其次对数字控制过程的时延进行分析研究，提出采用重复控制的方法进行数字时延补偿。综上是对精度补偿的基本思路和方法。

为了检验改进算法的有效性，需要进一步的验证。通过常规的建立模型和仿真的方法进行验证。在模型中，采用工频三相电源，负载采用非线性的不可控的三相整流电路在直流侧电压闭环控制中，设置一定的比例系数和积分系数，仿真电路图如图3所示。

未治理前的负载电流分析中，谐波电流的畸变率高达25.7%，通过补偿后的电流波形大大降低了畸变率，波形变得光滑，接近正弦波，畸变率在3%左右，因此，采用的治理方案具有一定的合理性和正确性。

4总结

通过对卷烟厂内部的参数的分析，提出了有源滤波器的方法对谐波进行治理和无功补偿的措施，使得电能的质量得以提高，降低了能量的消耗和烟厂的成本，取得了一定的经济效益。同时也具有一定的社会效益，实现了电网公司和客户的双赢，促进了地区经济的发展。同时对保护电网绿色环境，促进绿色电网发展起到了良好的作用

参考文献：

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[2]贺家李，李永丽，等.电力系统继电保护原理[M].北京：中国电力出版社，2010.

[3]张晓，孔令军.三相三线制并联型有源电力滤波器的准滑模变结构控制[J].电力系统保护与控制， 2011，39（21）：40-44.

王铭峣，男，2002.5月，辽宁盘锦，本科，沈阳工程学院电力学院，电气工程及其自动化