有源电力滤波器(APF)在谐波治理中应用

Ｉ丝一皇王研霾…………………………一　有　电力滤波器（ＡＰＦ）在谮汲治理中应用　山东鱼台供电公司　马　娟　山东理工大学电气及电子工程学院杨智文　【摘要】随着电力电子技术的飞速发展，大量非线性负载广泛应用，谐波污染问题逐渐受到了高度重视，做为治理谐波最有效的方案——有源电力滤波器（ＡＰＦ）成为了国　内外研究热点。本文通过对谐波的产生原因与危害、波抑制与无功补偿和ＡｐＦ的基本工作原理及发展应用，简要阐述ＡＰＦ在谐波治理中的应用前景。　【关键词】谐波；有源电力滤波器；应用　谐波研究背景　当代世界电力工业中，几乎都采用交流供　电方式。在理想情况下，电源以单一且固定频　率（５０ＨＺ或６０Ｈｚ）向电网提供正弦变化的电压。　电网可以视为一个线性系统，系统中各个点的　电压，电流会和电源有相同频率的正弦变化，　一、这些电气量只存在幅值和相位的不同。但随着　电力电子技术的发展，电力系统中非线性负荷　快速增加，实际系统已经不能近似为理想系　统，直接的表现形式就是电压、电流出现了波　形的周期性畸变。从频域分析的角度就是说，　这些电压，电流的波形之中不仅包含了与电源　相同频率的基波正弦分量，还有一系列频率是　基波频率整数倍的高频正弦分量。这些高频分　量统称为电力系统谐波，当电力系统中谐波含　量过高时，也可以说存在较重的谐波污染时，　电网的安全性和可靠性将会受到威胁，而传统　的理论或方法（如正弦电路向量分析法等）也无　法应用。因此，电力谐波已经成为世界各国政　府，科学界广泛关注的问题，谐波的研究是很　有意义的。　置等形成干扰甚至造成误动。　（三）谐波可能会在电网局部引起串联谐　振或并联谐振，谐波电流将放大几倍甚至几十　倍，严重威胁电气设备安全并诱发事故。　（四）电气测量仪表会因谐波产生计量误　差，给供电部门和用户造成直接经济损失。　三、波抑制与无功补偿装置　想要解决电网谐波污染的问题，主要的解　决方案可以从两个方面入手：一是减少谐波的　产生，另一个方法是安装谐波补偿装置用来补　偿谐波，此方法对于各种谐波源都是适用的，　哪里有消耗就在哪里产生补偿，这个浅显易懂　的道理可以视作无功功率补偿方法的基本原　理，常用的无功补偿装置主要有以下四类：同　步调相机、开关投切固定电容、静止无功补偿　器、静止无功发生器。一方面，一种设备或者　装置会产生出谐波，那么很有可能它也会消耗　无功功率；另一方面，在抑制谐波的同时往往　也可以起到补偿无功的作用，因此将无功补偿　与谐波抑制的研究结合起来，在现阶段看来是　十分有必要的。谐波是原本正弦的信号发生了　畸变，无功功率使得同相位的电压与电流出现　了相位差，这些现象在物理学中都可以视作为　波形问题，可以用综合补偿的方法来处理电力　系统中的谐波和无功功率问题，有源电力滤波　器就是一种同时集合了谐波抑制和无功补偿功　能的新型装置。　四、有源电力滤波器的起源、发展　ＡＰＦ的基本思想最早可以追溯１９６９年　Ｂｉｒｄ和Ｍａｒｓｈ发表的论文，文中完整地提出具　有功率处理能力的有源电力滤波器的概念，这　二、谐波产生原因与危害　随着我国改革开放的不断深化，现代电　力电子变换技术产品等非线性负载的普及应　用，一方面是科技发展的表现，另一方面却对　电网产生了诸如谐波含量和无功功率增高的不　利影响，这使得电网污染成为日益突出的严重　问题，因此需要“实施绿色电力电子、打造绿　色电网”，就必须首先解决电网污染的这个难　题。根据相关的电路知识，负载的电流与加在　两端的电压不呈线性关系，从而形成了非正弦　的电流，这些非正弦的电流中就包含有谐波，　可看作是ＡＰＦ基本思想的萌芽。首次完整地描　所以可以得出结论：非线性负载是产生谐波的　述ＡＰＦ工作的基本原理的学者是Ｈ．Ｓａｓａｋｉ和Ｔ．　根本原因。关于电网中谐波的来源，可以概括　／ｖｉａｃｈｉｄａ。１９７６年美国西屋公司的Ｌ＿Ｇｙｕｉｇ正式　为以下三个方面：　提出了ＡＰＦ的方案，他所说的ＡＰＦ是采用大功率　（一）由于发电源质量问题从而产生谐波，　晶体管ＰＷＭ逆变器结构，其基本原理就是通过　逆变产生与谐波电流等值反向的电流，并注入　这是因为在制作发电机内部的三相绕组时，几　乎不可能做到绝对对称，同样发电机内部的铁　电网，从而达到滤除谐波，净化电网的目的。　心也不会绝对的均匀一致。　上世纪八十年代末，并联型ＡＰＦ、混合型　（二）输电网以及配电网中由于电力变压器　ＡＰＦ、串联混合型ＡＰＦ等多种拓扑结构的有源电　的存在，会不可避免的产生谐波。　力滤波器相继出现。上世纪九十年代中期至本　（三）由用电设备所产生的谐波，这些用电　世纪初，自适应、神经网络、滑模控制、重复　设备主要是指非线性负载。　控制、遗传算法等现代智能控制方法得到了长　电力系统中的谐波会造成许多危害和负面　足地发展。近几年来，研究ＡＰＦ技术逐渐成为　影响，这些危害以及负面影响可以概括为以下　热点，美日等国已经有许多大容量ＡＰＦ相继投　几个方面：　入到工业应用中，在谐波抑制以及无功补偿方　（一）电网中各个元件由于谐波产生了附加　面都取得良好的效果。　五、ＡＰＦ的原理及分类　损耗，降低了输电，用电效率。　并联型的ＡＰＦ主要由电流检测电路以及电　（二）谐波会对继电保护装置，自动控制装　控制。　流补偿电路两大部分组成，将电路负载电流中　的谐波分量以及无功电流分量检测出来是电流　检测电路的任务，电流补偿电路通过对逆变电　路进行控制，使其产生与谐波电流以及无功电　流反向的补偿电流，从而实现补偿电路中由非　线性负载所引起负载电流中的谐波分量和无功　电流分量的目的。按照接入电网的方式，　有　源电力滤波器又可以分为并联型有源电力滤波　器、串联型有源电力滤波器和混合型有源电　力滤波器。并联型有源电力滤波器结构是最简　单、最基本的ＡＰＦ，主电路由逆变器构成，它　与电网电压构成并联关系，通过向电网中注入　与检测所得谐波大小相等、相位相差１８００的　电流信号，将电网中的谐波抵消，实现将非线　性负载所产生的谐波滤除，达到净化电网的目　的　并联型ＡＰＦ思路清晰，容易实现，因此应　用最多。串联型有源电力滤波器用于补偿电压　谐波。串联型ＡＰＦ以串入电网的方式向电网中　注入谐波电压信号，实现将电网电压变为标准　正弦波。但在实际应用中，安装、维护相对复　杂，费用较高。　混合型有源电力滤波器，它是将串联型、　并联型ＡＰＦ混合起来使用，混合型有源电力滤　波器不仅包括串、并联的混合，还包括有源电　力滤波器与无源滤波器的混合，混合型ＡＰＦ的　谐波补偿能力是最强的，但是从结构上可以很　容易知道，混合型ＡＰＦ需要大量的电力电子器　件，安装、使用和维护都非常复杂，使用很不　方便，尤其是成本太高，性价比很低，因此使　用并不广泛。谐波污染问题向电网供电质量提　出了严峻的挑战，本文对电网中存在的谐波以　及无功功率的起因、危害、治理措施进行了较　为详细地阐述，最后找到了可以同时实现谐波　治理和无功功率补偿的功能的办法，那就是应　用ＡＰＦ，因此，ＡＰＦ有着广泛的应用空间。　参考文献　［１］王兆安，杨君，刘进军．谐波抑制和无功功率补偿口　．北　京：机械工业出版社，２００４．　『２】吴勇．有源电力滤波器若干关键技术研究［Ｄ】．华中科　技大学，２００７．　［３］罗安．电网谐波治理　．北京：中国电力出版社，２００６．　作者简介：　马娟（１９８１一），女，山东鱼台人，学士，鱼台县供　电公司继电保护专工，研究方向：继电保护。　杨智文（１９９４一），女，山东鱼台入，现就读于山东　理工大学电气及电子工程学院电气工程及其自动化专　业，研究方向：继电保护。　［２］关勇波．浅谈１１０ｋｖ变电站运行常见故障及处理广东　时，变电运行人员要对变电运行工作的重要性　３．结束语　１ｌＯｋｖ变电运行的环境比较复杂，它的运　行质量直接影响到用户的用电安全，以及供电　公司的效益。本文探讨了ｕＯｋｖ变电站运行情　况下出现的各种故障，并给出了一定的解决措　施。要保证１１０ｋｖ变电站正常、稳定地运行，　就要找出故障的根源，有效制定出相应的策　略，遵循运行中的基本原则和注意事项；同　一，２０１４＠２）：５６３　有深刻的认识，要努力提高自身的专业技术水　科技Ｕ］３］徐文浩，朱岩．１１０ｋｖ￣电运行事故的技术处理及其防　平，以最大限度地减少故障发生的概率，保证　［信息通信Ⅱ】，２０１３＠９）　１１０ｋＶ变电运行的安全稳定，从而推动电力事　控措施研究．业的发展。　参考文献　【１】靖慧英．浅谈１１０ｋｖ变电站运行及常见问题科技与企　业Ⅱ】，２０１２（１２）．　作者简介：龙昌武（１９８Ｏ一），男，大学专科，助理　工程师，主要从事变电运行工作。　３６一屯子世界