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(huì)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(yùn)行過程中會(huì)有更多問題出現(xiàn)。而諧波就是影響電網(wǎng)正常運(yùn)行的因素，其會(huì)在電網(wǎng)運(yùn)行的過程中對(duì)其造成破壞，嚴(yán)重時(shí)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(duì)其在諧波治理中的應(yīng)用進(jìn)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(hào)： TM7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2016）10-145-2

0 引言

在歐美工業(yè)和電力技術(shù)發(fā)達(dá)的的國家，電網(wǎng)中對(duì)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(duì)諧波的治理。隨著我國工業(yè)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，諧波成為影響工業(yè)用電的主要問題，對(duì)我國的工業(yè)發(fā)展帶來嚴(yán)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(yán)重影響著我國電網(wǎng)的正常運(yùn)行，所以對(duì)于我國的工業(yè)發(fā)展而言，加強(qiáng)對(duì)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(jī)發(fā)電的過程中，由于發(fā)電機(jī)內(nèi)部三項(xiàng)繞組的制作不能達(dá)到絕對(duì)意義上的對(duì)稱，所以在發(fā)電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生諧波。同時(shí)，發(fā)電機(jī)內(nèi)部鐵芯也不能達(dá)到絕對(duì)意義上的均勻一致，所以也會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)工作時(shí)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(huì)有電力變壓器的存在，而電力變壓器在運(yùn)行的過程中會(huì)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(yùn)行的時(shí)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(fù)載，其在運(yùn)行的過程中就會(huì)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(yùn)行的過程中，部分原件受到諧波的影響會(huì)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(dòng)。

由于諧波的影響，電網(wǎng)中的自動(dòng)控制裝置和繼電保護(hù)裝置等會(huì)在運(yùn)行的過程中受到干擾，有時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)誤動(dòng)的情況，嚴(yán)重影響電網(wǎng)的正常運(yùn)行。

1.2.3 影響電氣設(shè)備的安全。

在電網(wǎng)運(yùn)行的過程中，當(dāng)局部存在并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振的時(shí)候，諧波的性能會(huì)受到影響，其中最明顯的是諧波電流被嚴(yán)重放大，導(dǎo)致電網(wǎng)中的電氣設(shè)備不能安全運(yùn)行，情況嚴(yán)重的時(shí)候還會(huì)誘發(fā)安全事故。

1.2.4 導(dǎo)致電氣測(cè)量的計(jì)量誤差。

在存在諧波的情況下，電器測(cè)量?jī)x表會(huì)因?yàn)橹C波的存在而不能正常工作，導(dǎo)致計(jì)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(jì)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(diǎn)

①動(dòng)態(tài)的補(bǔ)償。當(dāng)電網(wǎng)中存在諧波的時(shí)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(bǔ)償，并且能根據(jù)補(bǔ)償對(duì)象的實(shí)時(shí)情況在極短的時(shí)間內(nèi)完成補(bǔ)償。

②不會(huì)對(duì)系統(tǒng)阻抗產(chǎn)生影響。從實(shí)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(huì)因?yàn)樗慕尤攵艿接绊?。所以?duì)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(huì)因?yàn)殡娋W(wǎng)結(jié)構(gòu)的變化而受到較大影響，不會(huì)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(chǔ)能元件的情況下完成對(duì)無功功率的補(bǔ)償，并且在對(duì)諧波進(jìn)行補(bǔ)償?shù)臅r(shí)候也不需要大的儲(chǔ)能元件。

⑤當(dāng)電網(wǎng)運(yùn)行過程中線路上的諧波電流急劇上升時(shí)，有源濾波器不會(huì)出現(xiàn)過載的現(xiàn)象，其正常功能將不會(huì)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(jìn)行輸出，其中可以在不輸出基波無功功率的情況下完成對(duì)高次諧波電流的功率補(bǔ)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(gè)部分組成，分別是補(bǔ)償電流發(fā)生電路和指令電流檢測(cè)電路，其組成如圖1所示。

對(duì)于指令電流檢測(cè)電路，其主要是將基波無功電流和諧波電流分量從負(fù)載電流中分離出來，通過對(duì)其進(jìn)行反極性處理之后發(fā)出補(bǔ)償電流指令信號(hào)。根據(jù)主電路產(chǎn)生的補(bǔ)償電流，電流跟蹤控制電路能夠通過計(jì)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(dòng)電路之后到達(dá)主電路并對(duì)其產(chǎn)生作用。電源電流中在這樣的情況下會(huì)只存在基波的有功分量，從而完成無功補(bǔ)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(chǔ)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(chǔ)能元件，而電流型以電感作為儲(chǔ)能元件。在使用電壓型有源濾波器的時(shí)候，為了讓直流側(cè)的電壓保持穩(wěn)定不變，會(huì)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(cè)的主要輸出電波。而在使用電流型有源濾波器的時(shí)候，則需要通過對(duì)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(cè)的主要輸出電波。對(duì)于電壓型有源濾波器而言，其在實(shí)際的應(yīng)用中效率較高并且不會(huì)造成大量的損耗，所以在國內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用。對(duì)于電流型有源濾波器而言，其在實(shí)際使用的過程中始終會(huì)有電流流過電流測(cè)的電感，而在流經(jīng)電感的時(shí)候會(huì)有大量的損耗，所以其在實(shí)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(duì)電網(wǎng)的污染將會(huì)越來越嚴(yán)重，這對(duì)我國工業(yè)用電設(shè)備帶來嚴(yán)重?fù)p害，從而影響電網(wǎng)的安全運(yùn)行。同時(shí)，隨著人們對(duì)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(huì)的廣泛認(rèn)同，諧波的治理將會(huì)成為提升電網(wǎng)綠色環(huán)保運(yùn)行質(zhì)量的必然手段。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 王少杰.高壓混合型有源電力濾波器關(guān)鍵技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用研究[D].湖南大學(xué)，2012.

[2] 李剛.新型并聯(lián)混合型有源電力濾波器關(guān)鍵技術(shù)的研究[D].中南大學(xué)，2014.

[3] 劉聰.并聯(lián)型有源電力濾波器諧波抑制性能優(yōu)化技術(shù)研究[D].華中科技大學(xué)，2014.

[4] 楊靈芝.基于有源電力濾波器在變頻調(diào)速系統(tǒng)中的諧波治理與應(yīng)用研究[D].西南交通大學(xué)，2015.

[5] 殷自力，葉雷.有源電力濾波器在諧波治理中的應(yīng)用[J].長江大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011（12）：108-110+8.