論有源濾波技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

（浙江桂容諧平科技有限責(zé)任公司，浙江 杭州 310030）

論有源濾波技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

王文濤

（浙江桂容諧平科技有限責(zé)任公司，浙江 杭州 310030）

隨著科技的發(fā)展，生產(chǎn)過程中采用的大型設(shè)備的種類和數(shù)量越來越多，對(duì)電能質(zhì)量的要求也越來越高。但是受多種因素的影響，電網(wǎng)中的電流波形嚴(yán)重偏離了正弦波，產(chǎn)生了諧波分量，影響了電能質(zhì)量水平。有源濾波和無(wú)源濾波是目前常用的兩種濾波方法，本文簡(jiǎn)要介紹了電網(wǎng)中諧波的危害，并且就有源濾波的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了介紹，給出了其未來發(fā)展前景。

有源濾波；電力系統(tǒng)；應(yīng)用

隨著人們生活水平的提高，人們對(duì)電能質(zhì)量的要求越來越高，但是電網(wǎng)污染問題卻越來越嚴(yán)重，不能滿足人們對(duì)電能的需求。傳統(tǒng)情況下人們采用無(wú)源濾波器對(duì)電能中存在的諧波進(jìn)行濾除，但是由于該技術(shù)本身存在的一些缺陷，導(dǎo)致電能濾除質(zhì)量較差。為此人們尋求別的方法來實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)中諧波的濾除，從而滿足人們生活和生產(chǎn)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(duì)稱性能的正弦波，但是在生產(chǎn)和傳輸過程中受到多種因素的影響，導(dǎo)致其波形偏離正弦圖像，影響電能質(zhì)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(wǎng)諧波，即電網(wǎng)中傳輸?shù)碾娔苤写嬖谝欢〝?shù)量的頻率為基波整數(shù)倍的電量。

隨著科技的不斷發(fā)展，生產(chǎn)過程中的自動(dòng)化程度不斷提高，一些先進(jìn)的整流器、變頻器以及電加熱設(shè)備等的應(yīng)用越來越多，在使用過程中他們產(chǎn)生了大量的諧波，對(duì)電網(wǎng)中傳輸?shù)碾娏靼l(fā)生畸變，影響生活和生產(chǎn)中設(shè)備的正常運(yùn)行。諧波的存在會(huì)導(dǎo)致設(shè)備損壞，引發(fā)火災(zāi)，嚴(yán)重的還會(huì)危及人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全；造成電容器等設(shè)備的損壞；產(chǎn)生干擾信號(hào)干擾電子類設(shè)備的正常運(yùn)行，誘發(fā)控制系統(tǒng)故障；增加電能在傳輸過程中的損失，加快電纜老化，產(chǎn)生火災(zāi)等安全隱患；造成設(shè)備運(yùn)行過程中的振動(dòng)和噪聲，縮短設(shè)備使用壽命；降低電力系統(tǒng)中儀表的測(cè)量精度。

2 有源濾波技術(shù)

采用先進(jìn)的濾波裝置，有效吸收電力系統(tǒng)中存在的諧波電流量，是抑制電網(wǎng)中諧波污染的主要方法。無(wú)源濾波器采用電容、電阻和電抗等元器件組合實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)中諧波電流的去除，但是在使用過程中容易受系統(tǒng)參數(shù)的影響，且只能夠?qū)δ承╇A次的諧波進(jìn)行濾除，濾波器的負(fù)擔(dān)會(huì)隨著電網(wǎng)中諧波電流的增大而增大，嚴(yán)重的還會(huì)造成濾波器的過載，因此無(wú)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(tǒng)中用來抑制諧波的主要儀器，通過對(duì)大小和頻率不斷發(fā)生變換的諧波以及無(wú)功量進(jìn)行補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)中諧波分量的濾除。根據(jù)濾波器在電網(wǎng)中連接方式的不同，可以將其分為并聯(lián)和串聯(lián)兩種。

并聯(lián)有源濾波器在使用過程中采用并聯(lián)方式實(shí)現(xiàn)跟電網(wǎng)的連接，相當(dāng)于給電網(wǎng)增加了一個(gè)受控電流源，消除負(fù)載引發(fā)的各種諧波電流，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)三相對(duì)流和無(wú)功的補(bǔ)償。該方式常被用于感性電流源型負(fù)載，完成對(duì)其諧波分量的無(wú)功補(bǔ)償，且能夠承受電網(wǎng)中較大的基波電壓。

串聯(lián)有源濾波器采用串聯(lián)的方式，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)和負(fù)載之間的連接，能夠消除電壓型諧波負(fù)載對(duì)電力系統(tǒng)中電能產(chǎn)生的影響。該連接方式的濾波器在電壓敏感性負(fù)載中得到了較好的應(yīng)用。但是跟并聯(lián)方式相比，流過它的負(fù)載電流較高，導(dǎo)致變壓器在使用過程中額定參數(shù)上升、體積變大、損耗較大。

3 有源濾波器在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

有源濾波器克服了無(wú)源濾波器在使用中的缺陷，在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，和無(wú)源濾波器相比，它具有以下幾個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)：

（1）快速響應(yīng)性能好，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電能質(zhì)量中諧波的有效控制。

（2）能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電網(wǎng)中各種類型諧波的跟蹤，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)中存在的閃變和無(wú)功補(bǔ)償?shù)囊种疲陔娔苜|(zhì)量控制中能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)功能。

（3）能夠自動(dòng)完成對(duì)電能質(zhì)量調(diào)節(jié)中無(wú)功功率和變化無(wú)功功率的生成。

（4）其特性不受電力系統(tǒng)中各項(xiàng)參數(shù)的影響。

（5）不會(huì)跟電力系統(tǒng)中的阻抗發(fā)生諧振，不會(huì)引起電網(wǎng)中諧波的放大，具有體積小，質(zhì)量輕等優(yōu)勢(shì)。

基于上述幾個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)，有源濾波技術(shù)在電力系統(tǒng)的諧波抑制和無(wú)功補(bǔ)償中得到了非常廣泛的應(yīng)用，給電力行業(yè)的發(fā)展帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

4 有源濾波器的應(yīng)用和發(fā)展

目前有源濾波器在美國(guó)、日本和德國(guó)等國(guó)家得到了高度的重視，并且從1981年就開始在日本得到了實(shí)施，其容量范圍從50kVA到60MVA不等。當(dāng)今世界中從事有源濾波器生產(chǎn)的廠家主要有美國(guó)西屋電器、日本的三菱和德國(guó)的西門子。雖然有源濾波技術(shù)在國(guó)外得到了廣泛的應(yīng)用，但是在國(guó)內(nèi)只有較少的幾個(gè)樣機(jī)投入使用。隨著新技術(shù)的不斷應(yīng)用，有源濾波器在未來發(fā)展過程中會(huì)向著以下幾個(gè)方向發(fā)展：

（1）采用先進(jìn)的PWM技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)中高次諧波的有效濾除。當(dāng)有源濾波器的容易低于2MVA時(shí)，可以采用PWM技術(shù)對(duì)其諧波分量進(jìn)行補(bǔ)償；如果超過5MVA，則采用GTO技術(shù)進(jìn)行諧波補(bǔ)償。

（2）將有源濾波和無(wú)源濾波結(jié)合到一塊，降低有源濾波器的容量，實(shí)現(xiàn)對(duì)濾波器成本的降低。其中有源濾波器完成對(duì)電網(wǎng)中低次諧波分量的補(bǔ)償，無(wú)源濾波器實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)中高次諧波分量的補(bǔ)償。

（3）隨著半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，串聯(lián)-并聯(lián)有源濾波器的功能將會(huì)更加強(qiáng)大，其性價(jià)比也會(huì)降低。

（4）采用單節(jié)點(diǎn)單裝置的布置方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)中多個(gè)節(jié)點(diǎn)諧波電壓的控制，使電力系統(tǒng)諧波治理向著智能化的方向發(fā)展。

結(jié)語(yǔ)

電力系統(tǒng)中的污染情況越來越嚴(yán)重，電能質(zhì)量逐年下降，為了滿足人們生活和生產(chǎn)的需要，必須要加強(qiáng)對(duì)電能污染的質(zhì)量。有源濾波器利用先進(jìn)的有源濾波技術(shù)能夠方便的去除電力系統(tǒng)中存在的諧波分量，在電能質(zhì)量治理中具有較好的效果，且在國(guó)外得到了非常廣泛的應(yīng)用。隨著新技術(shù)的不斷研究以及半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，有源濾波器會(huì)向著更高、更智能的方向發(fā)展。

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