探討有源電力濾波器（APF）在諧波治理中應(yīng)用

郭永凱

摘 要：隨著社會用電量需求越來越大，電網(wǎng)覆蓋的范圍也越來越廣，這就導(dǎo)致電網(wǎng)運行過程中會有更多問題出現(xiàn)。而諧波就是影響電網(wǎng)正常運行的因素，其會在電網(wǎng)運行的過程中對其造成破壞，嚴重時誘發(fā)安全事故。本文將分析諧波產(chǎn)生的原因及諧波的危害，并根據(jù)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(yīng)用進行探討。

關(guān)鍵詞：有源電力濾波器；諧波治理；應(yīng)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(yè)和電力技術(shù)發(fā)達的的國家，電網(wǎng)中對有源電力濾波器的應(yīng)用極其廣泛，這讓電網(wǎng)的整體供電質(zhì)量得到有效提升，其中就包含對諧波的治理。隨著我國工業(yè)化進程的不斷推進，諧波成為影響工業(yè)用電的主要問題，對我國的工業(yè)發(fā)展帶來嚴重的阻礙。目前有源電力濾波器在我國電網(wǎng)中的應(yīng)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(wǎng)的正常運行，所以對于我國的工業(yè)發(fā)展而言，加強對有源電力濾波器在諧波治理中的應(yīng)用研究有著重要意義。

1 諧波產(chǎn)生的原因及其危害

1.1 諧波產(chǎn)生的原因

1.1.1 因發(fā)電源質(zhì)量問題產(chǎn)生的諧波。

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

1.1.2 配電網(wǎng)問題引起的諧波。

在配電網(wǎng)和輸電網(wǎng)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(chǎn)生諧波，導(dǎo)致配電網(wǎng)和輸電網(wǎng)在正常運行的時候受到諧波的影響。

1.1.3 用電設(shè)備產(chǎn)生的諧波。

由于用電設(shè)備中存在非線性負載，其在運行的過程中就會產(chǎn)生諧波，導(dǎo)致正常用電受到影響。

1.2 諧波的危害

1.2.1 導(dǎo)致輸電和用電效率下降。

在電網(wǎng)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(chǎn)生，這樣就導(dǎo)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(wǎng)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?xí)霈F(xiàn)誤動的情況，嚴重影響電網(wǎng)的正常運行。

1.2.3 影響電氣設(shè)備的安全。

在電網(wǎng)運行的過程中，當(dāng)局部存在并聯(lián)諧振或串聯(lián)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(dǎo)致電網(wǎng)中的電氣設(shè)備不能安全運行，情況嚴重的時候還會誘發(fā)安全事故。

1.2.4 導(dǎo)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(dǎo)致計量數(shù)據(jù)存在誤差，從而給相關(guān)的用電戶和供電企業(yè)造成經(jīng)濟損失。

2 有源電力濾波器的應(yīng)用

2.1 有源電力濾波器的特點

①動態(tài)的補償。當(dāng)電網(wǎng)中存在諧波的時候，有源電力濾波器的應(yīng)用，能讓變化的無功功率和大小、頻率都發(fā)生的諧波得到功率的補償，并且能根據(jù)補償對象的實時情況在極短的時間內(nèi)完成補償。

②不會對系統(tǒng)阻抗產(chǎn)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(zhì)，所以系統(tǒng)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?qū)崿F(xiàn)規(guī)?；拖盗谢纳a(chǎn)。

③有源濾波裝置不會因為電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的變化而受到較大影響，不會與電網(wǎng)阻抗作用而產(chǎn)生諧波，并且還能有效抑制諧振的出現(xiàn)。

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?shù)臅r候也不需要大的儲能元件。

⑤當(dāng)電網(wǎng)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(xiàn)過載的現(xiàn)象，其正常功能將不會受到影響，所以不必將其與系統(tǒng)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(tǒng)主要是由兩個部分組成，分別是補償電流發(fā)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(fā)出補償電流指令信號。根據(jù)主電路產(chǎn)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(guān)器件的觸發(fā)脈沖。觸發(fā)脈沖在通過驅(qū)動電路之后到達主電路并對其產(chǎn)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(cè)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(cè)的電壓保持穩(wěn)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(cè)電感電流的控制，讓直流側(cè)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(yīng)用中效率較高并且不會造成大量的損耗，所以在國內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)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(jīng)電感的時候會有大量的損耗，所以其在實際應(yīng)用中較少出現(xiàn)。其中電壓型有源濾波器和電流型有源濾波器的結(jié)構(gòu)如圖3和圖4所示。

3 總結(jié)

隨著我國工業(yè)的不斷發(fā)展，諧波對電網(wǎng)的污染將會越來越嚴重，這對我國工業(yè)用電設(shè)備帶來嚴重損害，從而影響電網(wǎng)的安全運行。同時，隨著人們對環(huán)保的重視程度不斷加深，綠色電網(wǎng)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(wǎng)綠色環(huán)保運行質(zhì)量的必然手段。

參 考 文 獻

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