探討有源電力濾波器（APF）在諧波治理中應用

郭永凱

摘 要：隨著社會用電量需求越來越大，電網覆蓋的范圍也越來越廣，這就導致電網運行過程中會有更多問題出現。而諧波就是影響電網正常運行的因素，其會在電網運行的過程中對其造成破壞，嚴重時誘發安全事故。本文將分析諧波產生的原因及諧波的危害，并根據有源電力濾波器的原理和特征分析，對其在諧波治理中的應用進行探討。

關鍵詞：有源電力濾波器；諧波治理；應用

中圖分類號： TM7 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）10-145-2

0 引言

在歐美工業和電力技術發達的的國家，電網中對有源電力濾波器的應用極其廣泛，這讓電網的整體供電質量得到有效提升，其中就包含對諧波的治理。隨著我國工業化進程的不斷推進，諧波成為影響工業用電的主要問題，對我國的工業發展帶來嚴重的阻礙。目前有源電力濾波器在我國電網中的應用取得了一定的成果，但從整體上來看諧波仍然嚴重影響著我國電網的正常運行，所以對于我國的工業發展而言，加強對有源電力濾波器在諧波治理中的應用研究有著重要意義。

1 諧波產生的原因及其危害

1.1 諧波產生的原因

1.1.1 因發電源質量問題產生的諧波。

在發電機發電的過程中，由于發電機內部三項繞組的制作不能達到絕對意義上的對稱，所以在發電機的實際運行中會產生諧波。同時，發電機內部鐵芯也不能達到絕對意義上的均勻一致，所以也會導致發電機工作時諧波的出現。

1.1.2 配電網問題引起的諧波。

在配電網和輸電網中會有電力變壓器的存在，而電力變壓器在運行的過程中會不可避免的產生諧波，導致配電網和輸電網在正常運行的時候受到諧波的影響。

1.1.3 用電設備產生的諧波。

由于用電設備中存在非線性負載，其在運行的過程中就會產生諧波，導致正常用電受到影響。

1.2 諧波的危害

1.2.1 導致輸電和用電效率下降。

在電網運行的過程中，部分原件受到諧波的影響會有附加損耗的產生，這樣就導致用電和輸電的效率不斷下降。

1.2.2 干擾和誤動。

由于諧波的影響，電網中的自動控制裝置和繼電保護裝置等會在運行的過程中受到干擾，有時甚至會出現誤動的情況，嚴重影響電網的正常運行。

1.2.3 影響電氣設備的安全。

在電網運行的過程中，當局部存在并聯諧振或串聯諧振的時候，諧波的性能會受到影響，其中最明顯的是諧波電流被嚴重放大，導致電網中的電氣設備不能安全運行，情況嚴重的時候還會誘發安全事故。

1.2.4 導致電氣測量的計量誤差。

在存在諧波的情況下，電器測量儀表會因為諧波的存在而不能正常工作，導致計量數據存在誤差，從而給相關的用電戶和供電企業造成經濟損失。

2 有源電力濾波器的應用

2.1 有源電力濾波器的特點

①動態的補償。當電網中存在諧波的時候，有源電力濾波器的應用，能讓變化的無功功率和大小、頻率都發生的諧波得到功率的補償，并且能根據補償對象的實時情況在極短的時間內完成補償。

②不會對系統阻抗產生影響。從實際情況來看，高阻抗電流源是有源濾波裝置的本質，所以系統阻抗不會因為它的接入而受到影響。所以對于有源濾波裝置而言，其能夠實現規模化和系列化的生產。

③有源濾波裝置不會因為電網結構的變化而受到較大影響，不會與電網阻抗作用而產生諧波，并且還能有效抑制諧振的出現。

④能在沒有儲能元件的情況下完成對無功功率的補償，并且在對諧波進行補償的時候也不需要大的儲能元件。

⑤當電網運行過程中線路上的諧波電流急劇上升時，有源濾波器不會出現過載的現象，其正常功能將不會受到影響，所以不必將其與系統斷開。

⑥有源濾波裝置能夠有選擇性地進行輸出，其中可以在不輸出基波無功功率的情況下完成對高次諧波電流的功率補償輸出。

2.2 有源電力濾波器的原理

有源電力濾波系統主要是由兩個部分組成，分別是補償電流發生電路和指令電流檢測電路，其組成如圖1所示。

對于指令電流檢測電路，其主要是將基波無功電流和諧波電流分量從負載電流中分離出來，通過對其進行反極性處理之后發出補償電流指令信號。根據主電路產生的補償電流，電流跟蹤控制電路能夠通過計算得到主電路各開關器件的觸發脈沖。觸發脈沖在通過驅動電路之后到達主電路并對其產生作用。電源電流中在這樣的情況下會只存在基波的有功分量，從而完成無功補償并消除諧波。其工作原理如圖2所示。

在有源電力濾波器中，PWM逆變器是主電路的主要組成。由于逆變器直流側的儲能元件有所不同，所以將有源濾波器分為電壓型和電流型，其中電壓型以電容作為儲能元件，而電流型以電感作為儲能元件。在使用電壓型有源濾波器的時候，為了讓直流側的電壓保持穩定不變，會采取一定的電容電壓控制措施，所以PWM電壓波是逆變器交流測的主要輸出電波。而在使用電流型有源濾波器的時候，則需要通過對直流側電感電流的控制，讓直流側的電流值保持固定，所以PWM電流波是逆變器交流測的主要輸出電波。對于電壓型有源濾波器而言，其在實際的應用中效率較高并且不會造成大量的損耗，所以在國內外得到了廣泛的應用。對于電流型有源濾波器而言，其在實際使用的過程中始終會有電流流過電流測的電感，而在流經電感的時候會有大量的損耗，所以其在實際應用中較少出現。其中電壓型有源濾波器和電流型有源濾波器的結構如圖3和圖4所示。

3 總結

隨著我國工業的不斷發展，諧波對電網的污染將會越來越嚴重，這對我國工業用電設備帶來嚴重損害，從而影響電網的安全運行。同時，隨著人們對環保的重視程度不斷加深，綠色電網的概念也得到社會的廣泛認同，諧波的治理將會成為提升電網綠色環保運行質量的必然手段。

參 考 文 獻

[1] 王少杰.高壓混合型有源電力濾波器關鍵技術在工業中的應用研究[D].湖南大學，2012.

[2] 李剛.新型并聯混合型有源電力濾波器關鍵技術的研究[D].中南大學，2014.

[3] 劉聰.并聯型有源電力濾波器諧波抑制性能優化技術研究[D].華中科技大學，2014.

[4] 楊靈芝.基于有源電力濾波器在變頻調速系統中的諧波治理與應用研究[D].西南交通大學，2015.

[5] 殷自力，葉雷.有源電力濾波器在諧波治理中的應用[J].長江大學學報（自然科學版），2011（12）：108-110+8.