有源电力滤波器(APF)在谐波治理中应用

有源电力滤波器（APF）在谐波治理中应用

三相电路瞬时无功功率理论是APF发展的主要APF;APF有并联型和串联型两种，前者用的多;并联有源滤波器主要是治理电流谐波，串联有源滤波器主要是治理电压谐波等引起的问题。本文作者研究了有源电力滤波器（APF）在谐波治理中应用。

标签：有源电力滤波器;谐波治理;应用

0、引言

有源电力滤波器（APF：Active power filter）是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置，它能够对不同大小和频率的谐波进行快速跟踪补偿，之所以称为有源，是相对于无源LC滤波器，只能被动吸收固定频率与大小的谐波而言，APF可以通过采样负载电流并进行各次谐波和无功的分离，控制并主动输出电流的大小、频率和相位，并且快速响应，抵消负载中相应电流，实现了动态跟踪补偿，而且可以既补谐波又补无功和不平衡。

1、有源电力滤波器的工作原理

有源电力滤波器（Active Power Filter，简称APF）是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置，它能够对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿。可以同时滤除多次及高次谐波，滤除率高达95%以上，且不会引起谐振。

有源滤波器APF通过外部电流互感器CT，实时检测负载电流，并通过内部DSP计算，提取出负载电流的谐波成分。然后通过PWM信号发送给内部IGBT，控制逆变器产生一个和负载谐波大小相等、方向相反的电流注入到电网中补偿谐波电流，实现滤波功能。APF的内部框架图如图1所示。

2、有源滤波和谐波治理的关系

对供电系统中周期性非正弦电量进行傅里叶级数分解，除了得到与电网基波频率相同的分量，还得到一系列电网基波频率的分量，这部分电量称为谐波。它实际上是一种干扰量，使电网受到“污染”。向供用电网注入谐波电量或在公用电网上产生谐波电压的电气设备称为谐波源。

在一些工业和商业的电力供应系统中，在额定负荷范围内，有时发生补偿电容器或熔断器频繁发热烧毁、一些测控元件或控制保护设备产生异常误差或误动作、负荷开关失控、生产工艺或产品质量不稳定等原因莫名故障或事故，其实这些问题的最大的起因就是谐波的存在。

在供用电系统中，越来越多的负荷设备具有非线性和时变特性，它们作为

谐波源向电网中注入谐波，严重影响供电网电能质量，冶金行业的电解、电镀、中频炉、电弧炉、电石炉;汽车船舶机械加工行业的焊接机、起重机、冲床，矿山油田等能源行业的升降机、抽油机;交通运输行业的吊车、电气化铁路，化工造纸行业的整流变频电机以及广泛应用于会展场馆、小区、写字楼的变频空调，这些都属于产生谐波的非线性负载，当一个系统非线性负荷相当于变压器额定容量的百分比超过15%，谐波的影响就会明显存在。

3 谐波产生的原因及其危害

3.1 谐波产生的原因

3.1.1 因发电源质量问题产生的谐波。

在发电机发电的过程中，由于发电机内部三项绕组的制作不能达到绝对意义上的对称，所以在发电机的实际运行中会产生谐波。同时，发电机内部铁芯也不能达到绝对意义上的均匀一致，所以也会导致发电机工作时谐波的出现。

3.1.2 配电网问题引起的谐波。

在配电网和输电网中会有电力变压器的存在，而电力变压器在运行的过程中会不可避免的产生谐波，导致配电网和输电网在正常运行的时候受到谐波的影响。

3.1.3 用电设备产生的谐波。

由于用电设备中存在非线性负载，其在运行的过程中就会产生谐波，导致正常用电受到影响。

3.2 谐波的危害

3.2.1 导致输电和用电效率下降。

在电网运行的过程中，部分原件受到谐波的影响会有附加损耗的产生，这样就导致用电和输电的效率不断下降。

3.2.2 干扰和误动。

由于谐波的影响，电网中的自动控制装置和继电保护装置等会在运行的过程中受到干扰，有时甚至会出现误动的情况，严重影响电网的正常运行。

3.2.3 影响电气设备的安全。

在电网运行的过程中，当局部存在并联谐振或串联谐振的时候，谐波的性能会受到影响，其中最明显的是谐波电流被严重放大，导致电网中的电气设备不能

安全运行，情况严重的时候还会诱发安全事故。

3.2.4 导致电气测量的计量误差。

在存在谐波的情况下，电器测量仪表会因为谐波的存在而不能正常工作，导致计量数据存在误差，从而给相关的用电户和供电企业造成经济损失。

4、有源电力滤波器的应用

①动态的补偿。当电网中存在谐波的时候，有源电力滤波器的应用，能让变化的无功功率和大小、频率都发生的谐波得到功率的补偿，并且能根据补偿对象的实时情况在极短的时间内完成补偿。

②不会对系统阻抗产生影响。从实际情况来看，高阻抗电流源是有源滤波装置的本质，所以系统阻抗不会因为它的接入而受到影响。所以对于有源滤波装置而言，其能够实现规模化和系列化的生产。

③有源滤波装置不会因为电网结构的变化而受到较大影响，不会与电网阻抗作用而产生谐波，并且还能有效抑制谐振的出现。

④能在没有储能元件的情况下完成对无功功率的补偿，并且在对谐波进行补偿的时候也不需要大的储能元件。

⑤当电网运行过程中线路上的谐波电流急剧上升时，有源滤波器不会出现过载的现象，其正常功能将不会受到影响，所以不必将其与系统断开。

⑥有源滤波装置能够有选择性地进行输出，其中可以在不输出基波无功功率的情况下完成对高次谐波电流的功率补偿输出。

5、结束语

随着我国工业的不断发展，谐波对电网的污染将会越来越严重，这对我国工业用电设备带来严重损害，从而影响电网的安全运行。同时，随着人们对环保的重视程度不断加深，绿色电网的概念也得到社会的广泛认同，谐波的治理将会成为提升电网绿色环保运行质量的必然手段。

参考文献：

[1]李刚.新型并联混合型有源电力滤波器关键技术的研究[D].中南大学，2014.

[2] 劉聪.并联型有源电力滤波器谐波抑制性能优化技术研究[D].华中科技大学，2014.

[3] 杨灵芝.基于有源电力滤波器在变频调速系统中的谐波治理与应用研究[D].西南交通大学，2015.