論有源濾波技術在電力系統(tǒng)中的應用

（浙江桂容諧平科技有限責任公司，浙江 杭州 310030）

論有源濾波技術在電力系統(tǒng)中的應用

王文濤

（浙江桂容諧平科技有限責任公司，浙江 杭州 310030）

隨著科技的發(fā)展，生產過程中采用的大型設備的種類和數(shù)量越來越多，對電能質量的要求也越來越高。但是受多種因素的影響，電網中的電流波形嚴重偏離了正弦波，產生了諧波分量，影響了電能質量水平。有源濾波和無源濾波是目前常用的兩種濾波方法，本文簡要介紹了電網中諧波的危害，并且就有源濾波的特點和優(yōu)勢進行了介紹，給出了其未來發(fā)展前景。

有源濾波；電力系統(tǒng)；應用

隨著人們生活水平的提高，人們對電能質量的要求越來越高，但是電網污染問題卻越來越嚴重，不能滿足人們對電能的需求。傳統(tǒng)情況下人們采用無源濾波器對電能中存在的諧波進行濾除，但是由于該技術本身存在的一些缺陷，導致電能濾除質量較差。為此人們尋求別的方法來實現(xiàn)對電網中諧波的濾除，從而滿足人們生活和生產中用電安全性和可靠性的需求。

1 諧波的危害

人們理想的電能是具有較高對稱性能的正弦波，但是在生產和傳輸過程中受到多種因素的影響，導致其波形偏離正弦圖像，影響電能質量。目前電能中常見的問題有諧波、電壓不平衡、過欠電壓、電壓瞬變以及電壓閃變等，其主要原因是電網諧波，即電網中傳輸?shù)碾娔苤写嬖谝欢〝?shù)量的頻率為基波整數(shù)倍的電量。

隨著科技的不斷發(fā)展，生產過程中的自動化程度不斷提高，一些先進的整流器、變頻器以及電加熱設備等的應用越來越多，在使用過程中他們產生了大量的諧波，對電網中傳輸?shù)碾娏靼l(fā)生畸變，影響生活和生產中設備的正常運行。諧波的存在會導致設備損壞，引發(fā)火災，嚴重的還會危及人們的生命和財產安全；造成電容器等設備的損壞；產生干擾信號干擾電子類設備的正常運行，誘發(fā)控制系統(tǒng)故障；增加電能在傳輸過程中的損失，加快電纜老化，產生火災等安全隱患；造成設備運行過程中的振動和噪聲，縮短設備使用壽命；降低電力系統(tǒng)中儀表的測量精度。

2 有源濾波技術

采用先進的濾波裝置，有效吸收電力系統(tǒng)中存在的諧波電流量，是抑制電網中諧波污染的主要方法。無源濾波器采用電容、電阻和電抗等元器件組合實現(xiàn)對電網中諧波電流的去除，但是在使用過程中容易受系統(tǒng)參數(shù)的影響，且只能夠對某些階次的諧波進行濾除，濾波器的負擔會隨著電網中諧波電流的增大而增大，嚴重的還會造成濾波器的過載，因此無源濾波器的使用受到了較大的限制。有源濾波器是電力系統(tǒng)中用來抑制諧波的主要儀器，通過對大小和頻率不斷發(fā)生變換的諧波以及無功量進行補償，實現(xiàn)對電網中諧波分量的濾除。根據濾波器在電網中連接方式的不同，可以將其分為并聯(lián)和串聯(lián)兩種。

并聯(lián)有源濾波器在使用過程中采用并聯(lián)方式實現(xiàn)跟電網的連接，相當于給電網增加了一個受控電流源，消除負載引發(fā)的各種諧波電流，同時實現(xiàn)對三相對流和無功的補償。該方式常被用于感性電流源型負載，完成對其諧波分量的無功補償，且能夠承受電網中較大的基波電壓。

串聯(lián)有源濾波器采用串聯(lián)的方式，實現(xiàn)電網和負載之間的連接，能夠消除電壓型諧波負載對電力系統(tǒng)中電能產生的影響。該連接方式的濾波器在電壓敏感性負載中得到了較好的應用。但是跟并聯(lián)方式相比，流過它的負載電流較高，導致變壓器在使用過程中額定參數(shù)上升、體積變大、損耗較大。

3 有源濾波器在電力系統(tǒng)中應用的優(yōu)勢

有源濾波器克服了無源濾波器在使用中的缺陷，在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應用，和無源濾波器相比，它具有以下幾個方面的優(yōu)勢：

（1）快速響應性能好，能夠實現(xiàn)對電能質量中諧波的有效控制。

（2）能夠實現(xiàn)對電網中各種類型諧波的跟蹤，同時還可以實現(xiàn)對電網中存在的閃變和無功補償?shù)囊种疲陔娔苜|量控制中能夠實現(xiàn)多個功能。

（3）能夠自動完成對電能質量調節(jié)中無功功率和變化無功功率的生成。

（4）其特性不受電力系統(tǒng)中各項參數(shù)的影響。

（5）不會跟電力系統(tǒng)中的阻抗發(fā)生諧振，不會引起電網中諧波的放大，具有體積小，質量輕等優(yōu)勢。

基于上述幾個方面的優(yōu)勢，有源濾波技術在電力系統(tǒng)的諧波抑制和無功補償中得到了非常廣泛的應用，給電力行業(yè)的發(fā)展帶來了巨大的經濟和社會效益。

4 有源濾波器的應用和發(fā)展

目前有源濾波器在美國、日本和德國等國家得到了高度的重視，并且從1981年就開始在日本得到了實施，其容量范圍從50kVA到60MVA不等。當今世界中從事有源濾波器生產的廠家主要有美國西屋電器、日本的三菱和德國的西門子。雖然有源濾波技術在國外得到了廣泛的應用，但是在國內只有較少的幾個樣機投入使用。隨著新技術的不斷應用，有源濾波器在未來發(fā)展過程中會向著以下幾個方向發(fā)展：

（1）采用先進的PWM技術，實現(xiàn)對電網中高次諧波的有效濾除。當有源濾波器的容易低于2MVA時，可以采用PWM技術對其諧波分量進行補償；如果超過5MVA，則采用GTO技術進行諧波補償。

（2）將有源濾波和無源濾波結合到一塊，降低有源濾波器的容量，實現(xiàn)對濾波器成本的降低。其中有源濾波器完成對電網中低次諧波分量的補償，無源濾波器實現(xiàn)對電網中高次諧波分量的補償。

（3）隨著半導體技術的飛速發(fā)展，串聯(lián)-并聯(lián)有源濾波器的功能將會更加強大，其性價比也會降低。

（4）采用單節(jié)點單裝置的布置方式，實現(xiàn)對電力系統(tǒng)中多個節(jié)點諧波電壓的控制，使電力系統(tǒng)諧波治理向著智能化的方向發(fā)展。

結語

電力系統(tǒng)中的污染情況越來越嚴重，電能質量逐年下降，為了滿足人們生活和生產的需要，必須要加強對電能污染的質量。有源濾波器利用先進的有源濾波技術能夠方便的去除電力系統(tǒng)中存在的諧波分量，在電能質量治理中具有較好的效果，且在國外得到了非常廣泛的應用。隨著新技術的不斷研究以及半導體技術的發(fā)展，有源濾波器會向著更高、更智能的方向發(fā)展。

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