淺談電力系統被動型諧波的抑制技術

【摘要】被動型諧波抑制技術包括無源濾波器、有源電力濾波器（簡稱APF）及混合型APF等。本文主要對以上幾種諧波抑制方法進行了分析探討。

【關鍵詞】電力系統；被動型諧波；抑制技術

一、無源濾波器

無源濾波器工作原理是其為諧波提供一條低阻抗路徑，即保留基波而使諧波短路，諧波通過濾波器而不注入系統。由濾波電容器、電抗器和電阻器適當組合而成的濾波裝置，與諧波源并聯，只要將濾波器的諧振次數設定為需要濾除的諧波次數，則該次諧波大部分流入濾波器，既可補償諧波，同時電容還可補償無功功率，改善電網的功率因數。無源濾波器結構簡單，設備投資較少，運行可靠性較高，運行費用較低，一直被廣泛應用。其主要缺點是補償頻帶窄，只能消除特定的幾次諧波，而對其他某些次諧波會發生放大作用，補償特性易受電網阻抗和運行狀態影響，易和系統發生并聯諧振，導致諧波放大，從而使濾波器過載甚至燒毀。此外，濾波裝置笨重，體積大，損耗大。

二、APF

（1）APF特點。APF已成為目前諧波抑制最重要的解決手段。APF與無源濾波器相比，具有高度可控性和快速響應性，不僅能補償各次諧波，還可抑制電壓閃變，補償無功電流，性價比較為合理，相對無源濾波器體積和重量較小。另外，APF具有自適應功能，可自動跟蹤補償變化著的諧波。實現了動態補償，能對頻率和幅值都變化的諧波進行補償，補償諧波時所需要的儲能元件不大，對補償對象的變化有極快的響應速度。（2）APF的工作原理及分類。APF按與系統連接方式的不同可分為串聯型、并聯型和串一并聯型。目前應用最多的為并聯型APF。濾波器從補償對象中檢測出諧波電流，經指令電流運算電路計算得到補償電流的指令信號，該信號經補償電流發生電路放大，得出補償電流。由補償裝置產生的補償電流與諧波電流大小相等而極性相反，補償電流與諧波電流相加后電網只含基波電流分量。它與系統相并聯，可等效為受控電流源，主要適用于具有電流源性質的諧波源。它能對諧波和無功電流進行動態補償，并且補償特性不受電網阻抗影響。其容量取決于母線電壓有效值與補償電流有效值的乘積。目前這類APF技術已相當成熟，大多數工業運行的APF多屬此類濾波器。串聯型APF與系統串聯，可等效為受控電壓源，主要用于消除帶電容濾波的二極管整流電路等電壓型諧波源負載對系統的影響，以及系統側電壓諧波與電壓波動對敏感負載的影響。由于此類APF中流過的電流為非線性負載電流，因此損耗較大。串并聯型APF是指串聯APF和并聯APF的混合使用。由于其功能豐富，結合了串聯型APF和并聯型APF的優點，也稱通用電能質量控制器（UPQC），它既能補償負載側的諧波，也能補償電網側引起的諧波問題；還能補償電流諧波、電壓諧波以及各種電壓質量問題。串聯的APFl將電源與負載隔離，阻止電源諧波電壓傳入負載端，同時也阻止了負載中的諧波電流污染電網；并聯的APF2則提供了一個低阻抗的諧波電流支路，用于吸收負載中的諧波電流，阻止負載中的諧波電流在電源端產生額外的諧波電壓。主要缺點是控制方法復雜，成本較高。（3）APF的關鍵技術。APF的關鍵技術為諧波電流的檢測。諧波電流的檢測方法有負載電流檢測和電源電流檢測等方法，工程實踐中，用負載電流的檢測方法與用電源電流的檢測方法之比為10:1。負載電流檢測，是一個前饋系統；電源電流檢測，可以組成一個閉環系統。從實際使用效果來看，檢測電源電流方式進行補償的結果比只檢測負載電流方式的補償效果好。目前常用的諧波檢測方法有基于傅里葉分析的檢測方法、采用神經網絡（NN）的檢測方法和基于瞬時無功功率理論的檢測方法。

三、混合型APF

由于有源濾波器的價格遠高于無源濾波器，新的綜合電力濾波系統由傳統無功補償濾波器和小容量有源濾波器構成，稱為混合型濾波器。它與被補償的諧波負載并聯連接，大大提高了無源濾波器的濾波效果，同時價格也比全部使用有源濾波器大大降低。混合型APF，把無源濾波器補償容量大和有源濾波器補償靈活的優點結合在一起。在混合結構中，無源濾波器承擔大部分的諧波補償，APF是對無源濾波器補償的優化和補充。混合型濾波器中的無源濾波器不再受電網參數變化的影響而導致性能降低，同時也抑制了電網和無源濾波器可能的諧振，如果采用串聯諧振來分壓，則可以使APF的主電路不承擔基波電壓，從而大大降低APF的容量。但由于并聯無源濾波器的影響，負荷的等效諧波阻抗將減小，當其不滿足遠大于電網諧波阻抗的條件時，APF的補償特性將受電網阻抗的影響，而且APF的諧波補償電流還可能注入無源濾波器中。因此對于混合型有源電力濾波器除了要求無功補償電容器安裝在有源濾波器的電網側外，還需對APF和無源濾波器的設計進行特殊考慮。

近年來，諧波抑制有了進一步的發展，出現了許多新的防治技術和思路，如開發綠色變頻器。但其應用還需進一步的研究試驗。