濾波器下的電能質量提高措施分析

馮亞明

（廣東光達電氣股份有限公司，廣東 佛山 528329）

0 引 言

在各級電網中會運用大量的非線性負荷，產生非線性負荷的設備被稱之為諧波源。諧波源會產生一種名為諳波的污染，它會影響到整個電氣環境，包括電力系統和用戶。無論是保證電力系統的安全經濟運行還是保證用電設備的正常運行等，都需要對諳波污染進行遏制。為了解決這一問題就需要運用濾波器有效減少諳波污染，從而改善電力系統。

1 濾波器

濾波器是由電容、電感以及電阻組成的濾波電路，可有效濾除電源線匯總特定頻率的頻點或該頻點以外的頻率，得到一個特定頻率的電源信號或消除一個特定效率后的電源信號。其主要是一種選頻裝置，選定的頻率成分能夠通過，從而過濾掉其他的頻率成分。

2 濾波器下的電能質量發展情況

早在20世紀70年代初期，有源電力濾波器就有了基本的原理和結構，但因為技術原因，未能使其投入到電力系統中工作。在80年代，因為技術的發展，新型電力器件的出現和研發，使得有源電力濾波器的相關技術得到了發展。隨著不斷的推進和發展，有源電力濾波器越發成熟，各種相關的使用方法和技術也被提上了日程，在電力系統中得到了有效的應用，這對我國電能輸送環節的安全、高效以及可靠提供了一定的保障[1]。

在時代的不斷前進和社會的不斷發展中，電力電子設備等被廣泛地應用于各種場所，這使得人們越發注重電能質量中的各種問題，特別是諧波源電力設備產生出的諳波污染對用戶和電力系統的影響。這都引起了電力系統相關人員的重視，使其不斷更新技術和方法，對諳波污染進行遏制，從而提高電力的安全輸送和電能質量。濾波器下的電能質量如圖1所示。

圖1 濾波器下的電能質量圖

3 電能質量問題

3.1 諧波污染

在電力系統中會運用到非線性負荷，因此會產生諧波，而諧波會對公用電網、電氣設備以及通信系統產生不同程度的影響。諧波會導致電網中產生電機的附加損耗，增大機械振動、噪聲及過電壓，使變壓器局部嚴重過熱，縮短相關的電氣設備壽命，結緣層老化，影響到電力的使用安全。此外還會放大電網中局部的并聯諧振和串聯諧振，從而發生重大的安全事故，造成嚴重的損失經濟，甚至還會影響人身安全。

3.2 電壓和無功功率

電壓和無功功率是電能質量的重要指標。電壓偏移過大時會影響到用電設備的運行特性，進而影響到用電設備的取用功率，對電力系統造成不好的影響。無功功率越大變壓器的使用效率就越低，功率因數也越低。此外，功率因素也不可超前，超前會造成電壓升高，電氣設備絕緣電阻下降，最終造成電網運行發生危險。要想保證電力系統安全、高效運行就需要保證電壓系統具有充足的無功功率[2]。

4 有源濾波器在電力系統中的作用

電力系統運行過程中產生了上述所說的問題，既然出現問題，就需要相應的解決辦法，從而為電力系統的安全運行提供一個有效的保障。有源電力濾波器則能夠有效的解決這些問題，它是一種用于動態抑制諧波，補償無功的新型電力電子裝備，能夠對不同大小和頻率的諧波進行快速跟蹤補償。它較之無源LC濾波器有了更大的發展，無源LC濾波器只能被動的吸收固定頻率的諧波，但有源電力濾波器則實現了動態跟蹤補償，既可以補償諧波又可以補償無功和不平衡。濾波器原理結構如圖2所示。

圖2 濾波器原理結構圖

5 濾波器下的電能質量提高的相關措施

5.1 加大濾波器設備的技術研發

現今更多的電力系統中使用有源電力濾波器，它相比之前的無源LC濾波器有了較大的發展，從而也就督促電力設備研發人員加大研發力度，使其更加優秀，更能適用于電力系統中，提升電能質量。有源電力濾波器控制雖然具有較好的靈活性，但是耐壓越高其開關損耗也就越大，頻率也會變得較低。人們越來越重視諧波產生的影響，使得有源電力濾波器的使用越發被看重，需求量也不斷增加，這就要求有源電力濾波器相關的技術要跟上前進的步伐。

5.2 加大資金投入

好的設備就需要更多的資金支持，有源電力濾波器與無源濾波器相比資金投入量巨大，兩者的費用比大概在7:1左右，這就使得一些小的電力公司會選擇將無源電力濾波器投入到電力系統中使用。但有源電力濾波器的控制更加靈活，對于諧波抑制的作用也比無源濾波器更好，兩者相比較，雖然有源電力濾波器的投入資金大，但收獲的成效比無源濾波器更好，從而各個電力公司應加大對有源電力濾波器的投入使用[3]。

無源濾波器在時代的不斷前進發展中越發不適用于電力系統，它在濾除諧波時只可濾除某一次或多次諧波，這就造成效率低下。但其因結構簡單、成本低、運行可靠性較高及運行費用低等特點仍被廣泛的運用于電力系統中的濾除諧波中。有源電力濾波器在無源濾波器的基礎上做出了改進，它克服了無源濾波器的諧波抑制和無功補償方法的缺點，不只是固定的進行補償，也不再處于一種被動的狀態，它實現了動態跟蹤補償，較之無源濾波器的效率高，因此電力公司應加大資金投入引用有源電力濾波器。

5.3 采用新型技術

美國電力研究院現已提出一種定制電力的概念，主要就是將一些電力電子高新技術運用在電力系統中，減少電力運行中出現的諧波、電壓不穩及不平衡等問題。依據用戶的需要和要求進行電力配置，定制用戶所需要的電力，進而提高電力質量和電力的安全運行。對用戶進行定制電力供應，減少一些供電事故的發生。通過將大功率電力電子技術和配電自動化技術綜合起來，對電能質量敏感的用戶提供的電力達到他們所需求的水平，極大地滿足了用戶的需求，提高了用戶的用電滿意度。

電能是一個國家發展水平的重要標志之一，其質量嚴重影響著用戶的用電是否安全。定制電力的采用能夠有效解決電能的質量問題。在現今廣泛運用電能的過程中也發現了較多的電能質量問題，因為一些精密儀器的使用對電能質量提出了較高的要求，若電能質量不達標會使得這些精密儀器受到不同程度的損耗，這就需要對電能進行一個質量把控，從而適應精密儀器的電能使用，也避免出現資源損耗和浪費，減少經濟損失。定制電力這一概念的出現能夠很好地解決這一問題，通過電力公司對一些高要求電能質量的企業或機構進行定制電力，從而滿足這些用戶的需求，也避免造成各種資源浪費和經濟損失[4]。

5.4 有源電力濾波器的選用

在電力系統中需要對電能的質量進行一定的檢測和分析，然后根據檢測和分析出的結果不同選擇不同效用的有源電力濾波器。在進行諧波測試時是分散測試的，就這需要在選用有源濾波器時留有一定的余地，最好能夠采用就地補償的方式方法。在選取使用的有源濾波器后能夠及時對諧波進行調控治理。在投入有源濾波器使用后，還要進行測試，查看諧波被治理后的效果，從而及時作出調整，以減少諧波的諳波污染，提高電能質量，保證電力系統的正常安全運行。

有源電力濾波器的應用場合較多，主要包括配有變頻設備等類似負載的場合、配有不穩定負載的場合、辦公大樓、商業區以及電氣化鐵路等，從而在選用有源電力濾波器時要根據場合的不同選取容量適用的有源電力濾波器，從而及時對電力進行調控，使得電力更好的運作[5-7]。

5.5 完善電能質量監測

監測電能質量，能夠及時、迅速地獲得電能質量相關信息。目前，電力系統中對于電能質量監測的儀器使用也較多，但都作用于對電能的持續性和穩定性進行監管，而現今的電力系統對電能質量的監管提出了新的要求，如可以捕捉快速瞬時干擾的波形和各種諧波之間的數值，具有高效的識別能力等，只有這樣才能夠及時、快速地發現電力系統中出現的問題，從而進行解決，為用戶或者公司輸送安全、高效的電力。

為了促進電力系統的高效、安全運作，還需要嚴格管理電能質量，建立起針對電能管理的體系。嚴格把控電壓和電子設備等，對電力人員和部門，使得他們認真完成每日的電力電能質量檢查，制定相關的規章制度進行監管。對于諧波、三相不平衡以及電壓閃變等不能及時發現的問題一定要組織電力人員進行定期檢查，以避免發生危險事故，此外國家也要建立相應的電力監管部門進行統一管理和監管，從而使得電力運行安全、高效[8-10]。

6 結 論

提高電能質量是為了滿足更多行業對于電能的高質量需求，這也是時代發展的需求，只有這樣才能促進電力系統的發展。對電能質量的提高，濾波器作出了不小的貢獻，當然也需要加大技術研究資金的投入，不斷研發濾波器，降低其制作費用，從而使其更快、更全面地投入到電力系統的工作中，減少諧波產生的污染，使得用電運行安全高效。現今，有源電力濾波器的發展日趨成熟，能夠滿足用戶的需求，國內也有許多高校和機構對此積極進行研發并取得了相應的成果，通過這些研究人員的努力，我國的電力系統會更加完善和優質。