論有源濾波技術在電力系統中的應用

（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）

隨著科技的發展，生產過程中采用的大型設備的種類和數量越來越多，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勢進行了介紹，給出了其未來發展前景。

有源濾波；電力系統；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，即電網中傳輸的電能中存在一定數量的頻率為基波整數倍的電量。

隨著科技的不斷發展，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，對電網中傳輸的電流發生畸變，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，誘發控制系統故障；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對電網中諧波電流的去除，但是在使用過程中容易受系統參數的影響，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中用來抑制諧波的主要儀器，通過對大小和頻率不斷發生變換的諧波以及無功量進行補償，實現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，可以將其分為并聯和串聯兩種。

并聯有源濾波器在使用過程中采用并聯方式實現跟電網的連接，相當于給電網增加了一個受控電流源，消除負載引發的各種諧波電流，同時實現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。

串聯有源濾波器采用串聯的方式，實現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上升、體積變大、損耗較大。

3 有源濾波器在電力系統中應用的優勢

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勢：

（1）快速響應性能好，能夠實現對電能質量中諧波的有效控制。

（2）能夠實現對電網中各種類型諧波的跟蹤，同時還可以實現對電網中存在的閃變和無功補償的抑制，在電能質量控制中能夠實現多個功能。

（3）能夠自動完成對電能質量調節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中各項參數的影響。

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

基于上述幾個方面的優勢，有源濾波技術在電力系統的諧波抑制和無功補償中得到了非常廣泛的應用，給電力行業的發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展過程中會向著以下幾個方向發展：

（1）采用先進的PWM技術，實現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展，串聯-并聯有源濾波器的功能將會更加強大，其性價比也會降低。

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

結語

電力系統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展，有源濾波器會向著更高、更智能的方向發展。

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