维普资讯 http://www.cqvip.com 波器在谐波抑制中的应用 Ａｐｐｌ ｉｃａｔｉＯｉｌ ｏｆ Ａｃｔｉｖｅ Ｆｉ ｌ ｔｅｒ ｉｎ Ｈａｒｍｏｎｉｃｓ Ｆａｔｈｅｒ 张坤 Ｚｈａｎｇ Ｋｕｎ 有 源 滤 波 器 在 谐 波 抑 制 由 的 应 用 （永城煤电控股集团有限公司供电处，河南永城４７６６００） （Ｙｏｎｇｃｈｅｎｇ Ｃｏａｉ＆Ｅｌｅｃｔｒｉｃ（Ｇｒｏｕｐ）Ｃｏ．Ｌｔｄ．，Ｈｅｎａｎ Ｙｏｎｇｃｈｅｎｇ ４７６６００） 摘要：文章分析了谐波污染产生的原因，总结了抑制谐波的措施，重点分析了有源滤波器抑制谐波的原理及特点，最后通 过对有源电力滤波器改善ＵＰＳ电源谐波案例分析，阐明有源电力滤波器作为抑制谐波的装置，可以有效地抑制谐波，改善电网 质量，具有广阔的应用前景。 关键字：谐波：有源电力滤波器 中图分类号：ＴＮ７ １ ３ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１ ６７ １—４７９２一（２Ｄ０８）７一Ｏ０Ｏｇ－０３ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｒｅａｓｏｎ ｏｆ ｈａｒｍｏｎｉｃｓ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｓｓａｇｅ，ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｏｆ ｒｅｓｔｒａＪ ｎ ｈａｒｍｏｎｉｃｓ ａｒｅ ｐｒｏｖｉｄｅｄ．ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｉｅ ａｎｄ ｓｐｅｃｉａｌｔｙ ｏｆ ａｃｔｉｖｅ ｐｏｗｅｒ ｆｉｌｔｅｒ ｗｈｉｃｈ ｒｅｓｔｒａｉｎｉｎｇ ｈａｒｍｏｎｉｃｓ ｉｓ ａｎａ］ｙｚｅｄ ｓｔｒｅｓｓｌＹ．Ａｔ ｌａｓｔ，ｔｈｅ ｐａｓｓａｇｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｃｔｉｖｅ ｐｏｗｅｒ ｆｉｌｔｅｒ（ＡｃｃｕＳｉｎｅ）ａｐｐｌｉｃａｔｅｄ ｉｎ ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｔｈｅ ＵＰＳ ｈａｒｍｏｎｉｃｓ．Ｉｔ ｉｎｄｉｃａｔｅｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｃｔｉｖｅ ｐｏｗｅｒ ｆｉｌｔｅｒ ｉｓ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｄｅｖｉｃｅ ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｈａｒｍｏｎｉｃｓ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｑｕａｌｉｔｙ．Ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ａｃｔｉｖｅ ｐｏｗｅｒ ｆｉｌｔｅｒ ａｒｅ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ． Ｋｅｖｗｏｒｄｓ：Ｈａｒｍｏｎｉｃｓ；Ａｃｔｉｖｅ Ｐｏｗｅｒ Ｆｉｌｔｅｒ ０引言 近几年随着开关电路、数字电路及各种功率器件的广泛 应用带来了不可忽视的负面影ｎ向，其中之一就是由电力电子 装置功率元器件应用所产生的大量谐波，给电网造成污染。 波问题又会再次涌现出来。 （２）采用特殊变压器相角差变换 ． 采用Ｄ／Ｙｎｏ的方法可以抑制三次和＿３ｎ次谐波向高压侧电 网的注入：采用Ｄ／Ｙ＋Ｄ／Ｄ移相式变压器可以抑制整流器中的 由于电子技术产品装置的非线性特点，其电压、电流波形不 同程度地畸变为非正弦波，其中具有基波频率整数倍的谐波 分量对电网的冲击是通过电网阻抗产生谐波压降，从而引起 ５次、７次谐波。这种方式的一次性投资都比较大，而且由 于特殊变压器串联在电网与负载之间，形成了附加阻抗，降 低了电网的实际带载能力。当负载发生较大增容时也受到了 电网电压畸变。谐波公害已成为污染电网，严重威协电网的 电能质量和用户设备的安全运行。日益严重的谐波危害，使 谐波治理技术得到不断发展。 １ 谐波治理的方法 一定的，其结果会使残余次谐波所产生的电压失真度增 大。另外，仍无法消除低压侧的３次和３ｎ次谐波在变压器一 侧形成环流，引起变压器发热和损耗。 （３）增加多桥式整流器的整流脉动数 为改善非线性负载对电网质量的严重影响，谐波治理的 方法主要包括ＰＡＴＪＬｇ￣＂ 工业生产巾三相全控桥式整流是应用最普通的设备，也 是谐波含量较高的设备。采用１２脉冲整流器，甚至２４脉冲 （１）增大供电系统容量 这是一种最原始的方法 当谐波问题影ｎ向到电力系统 整流器，虽然谐波电流得以一定抑制，但一次性投资仍然很 大，并且由于采用的功率电路复杂，设备的可靠性相对降低。 时，就增大供电系统的容量。但是这种方法具有不经济性， 而且根本没有解决谐波的客观存在，一旦负载容量增大，谐 （４）串联电抗器 串联电抗器对平滑谐波电流具有一定的作用，并且电路 维普资讯 http://www.cqvip.com ～ 简单，制造成本低，往往应用在整流器之前，例如：变频调 速器，调光器等。但由于其阻抗较高，损耗较大，因此其抑 制谐波的作用受到。 （５）无源滤波器 的谐波电流； ⑥当线路中的谐波电流突然增大时有源滤波器不会发生 过载，并且能正常发挥作用，不需要与系统断开； ⑦装置可以仅输出所需补偿的高次谐波电流，不输出基 波无功功率。 这是应用较广泛的谐波抑制手段。它是按照希望抑制的 谐波次数专门度身定造的，采用电感电容的调谐原理，将高 次谐波陷落在滤波器中，以减少对电网的注入。但是这种滤 波器对于负载谐波频谱发生变化时，就显得软弱无力了。如 ２ ２有源电力滤波器改善ＵＰＳ电源谐波的应用实例 施耐德的有源电力滤波器，其采用目前最先进的模拟逻 辑方式消除电网谐波。它实时检测电网中由非线性负载产生 的电波波形，滤除其中的基波部分，并将剩余部分反相，再 通过ＩＧＢＴ逆变器的触发将反相电流注入到电网中，实现滤除 谐波的功能。 果是多台滤波器并联使用或补偿的无功功率与负载的需求不 一致，还可能造成供电系统的谐振现象。 （６）有源滤波装置 有源电力滤波器作为一种新型的谐波治理技术，是消除 以下是某机房ＵＰＳ电源的谐波治理实例，其采用一台有源 电力滤波器同时治理两台ＵＰＳ的谐波。 谐波污染、提高电能质量的有效工具。早在７０年代日本学者 就提出了用磁补偿消除谐波的方法。但是由于受到功率半导 体器件水平的，有源电力滤波器还未能进入实用化阶 有源电力滤波器安装调试结束后，分别记录滤波器运行 前后的电流谐波畸变和电压谐波畸变，对比见图一。 蠊鞴 糍疆瓣摄＾稿 祷被嚣控丸麝 段。随着快速、大功率电力电子开关器件的研制成功，基于 瞬时无功理论的瞬时空间矢量法的提出，以及微机控制技术 和数字信号处理技术的不断发展，有源滤波技术得到了极大 的发展，在工业上得到了广泛的应用。 瀚 黼 隧 骥 ｍ ■Ⅻ…籀 妻 辩 ∥ ≯ ■． 螺 ０ 弘 ０ ｜ ／｜。 ２有源滤波装置的实际应用 ２．１有源滤波器的特点 瀵 箧 蝴 ｋ 爨 ｛｝ Ｉ辅 赢 ．． ‘ｔ 蠡ｌｌ 嘶舶鼯 骥鼹 酗Ｉ衢 瓣 ＇ 有源滤波装置通过检测补偿对象的电压和电流，得出与 ：Ｆ啦 １ 负载电流中的谐波电流大小相等、方向相反的补偿电流，从 而使电网的电压、电流恢复为正弦波形。 有源滤波器具有如下特点： ■■ ． … ．． ．． 趣 囊 臻琵曩 Ｋ二 嚣囊嚣 ①实现动态补偿，可对频率和大小均变化的谐波及变化 的无功功率进行补偿，对补偿对象的变化有极快的响应速 度； ②有源滤波装置是一个高阻抗电流源，它的接入对系统 麟 妻 羹嚣淳｜瓣黪｜ 勃鹈 善 碱麓臣 ｌ ｔ毒３ 翻；爨 № 鼬碧 辫掰 愀 神鹰 ａ＆建 《 耻躲８ 鼢建 凹 ｔ蛘 § ｌ舷《 磐 蜘Ｉ ３ ｌ瓤 赫睦 ｌ雾誉磐雾塑 誊爹嚣誊霪｜磐爨 ’器｛萎棼ｌ：未 ｉ 一 螗 ＿蜊枷 州 ∞ 麓 群 １％ 嘲 骚 媸ｌ ＊ ， 嚣 警 臻敝 ０●“ｔ皓 阻抗不会产生影响，因此此类装置适合系列化、规模化生产； ④当电网结构发生变化时装置受电网阻抗的影响不大， 不存在与电网阻抗发生谐波的危险，同时还能抑制串并联谐 豳隧 鏊蠡ｌ耄鏊蠡 爨 麴 缓薹 羟乏 麴 邃鍪霪澎鍪 振； ④补偿无功功率时不需要储能元件，补偿谐波时所需要 的储能元件不大； 萎 蛹 霉１０ 霉摇 黼 甏 ｌ５，鞯 ５ ＆锄 ｊ 踟 蟪 癣 《 辩！ 螭’ 鏊 蟛 越 麓镑翁 嘉 謦 ｜ 羟 ｜ 孵 黜尝搿 裴；鼗 ｉ ｛ 簿 ． 黛 雾 砻期 黜 ｜ 搿嚣ｌ 髫 髫嚣 辩 蚺啦嚣鼹虚 酗 ￡鲆菩 黼ｔｔ黼 ∞ ｃ缸棒 酬艟 ｇ 黪黪群荔 掰荔 黪 蝴 椒糟 擎 自 纛哼善裁甄 ｌ棼嚣 目月 端１ １ 拜目麟９● 肄 撼 ＾ 醯 嚣霎ｌ 瑟 麓凌爨 糕 黧慈黧璧蠹ｌ ⑤用同一台装置可同时补偿多次谐波电流和非整流倍次 ２２４ 维普资讯 http://www.cqvip.com
从图一可以明显看到，有源电力滤波器可以有效消除谐 － 妻 删 … ， ：譬 … 苎萼 露糕黪 ：糊 … 一 一波，包括偶数次谐波。此案例也验证了有源滤波器的一系列 优势特点：响应速度快，响应时间小于ｌＯＯｕｓ，对阶跃变化 的谐波完全补偿的全响应时间小于１ｏｍｓ（二分之一周波）；可 以同时滤除２～５ｏ次谐波，包括偶数次谐波和间谐波；具有 曼 有 源 滤 波 器 在 谐 波 抑 制 由 戮瓣黼 一一． 露警 ’ 自动限流功能，不会发生过载；有源滤波器还可以根据设置 在滤波的同时进行无功补偿。 ３结束语 耋 ｜ 一。一 －； ｔ－ ： ｝…。 － ｌ －。－一 ：ｉ ； 零 尊嘲ｔ 噼幢 ｌ矗ｒ ｝ 轴帆龋 ｛ｌ ，茹・ ｌ 嘲＂＃懈 州＇蠢 ■ｈ瓣■誉 ｛ 理 ・ 的 应 用 麟鏊黧骚瑟憨嚣爨整滋 露露繇 辑 一、一 醢 一黼瓣鼹疆鑫嚣ｌ瓣 随着人们对谐波的认识逐渐深入，谐波治理技术正在成 黼戮裁猫 黼 ……兰警警． 醺黧 … …一－ 黼 黼 为电气领域的焦点。与传统谐波治理技术相比，有源电力滤 警， … 曼 ｌ ； 波器作为净化电网污染，改善供电质量的一种有效装置，具 有明显的优势。因此，有源电力滤波器将在谐波治理技术上 得到广泛应用。 ｍ。 一 ……’…… ｔ 赫 … ｛ … 一 … ； 越 骑 蠢 ｛ ｉ ‘ 请 ’ 蓓 。 嚣’矗 ｛ ｌ …。 鲻 懿琏 懿 鞴 ａ 龋羔 … 。黼 茹 二 ｉ． 蕊 曼 … 翌冀参考文献 ｎ］吴竞昌．供电系统谐波［Ｍ］．北京：中国电力出版社， １９９８． ［２］李战鹰，任震，杨泽明．有源滤波器装置及其应用研究 综述［Ｊ］．电网技术，２００４，２（２２）． 嚣黼 黼滋 … 鞘 戳 蕊 黼 蓊 ｝． ．饕 ｉ 善｛ ｌ 。 …… ｌ －一 一……作者简介 ‘ 、一ｉ｝ｌｌ…一……｝， ｔ一 ｔ 张坤（１９８２－－），本科，毕业于中国矿业大学，工程师， 一 茹 ． 戮赫 繇瓣 ■ 一 ｊ …一 一－ ： 从事煤矿供电研究工作。 螽 爨 鲻黼 ｛｝ ‘震｜ ｛一 一 ｝一．目瞒 ・一｝ｌ一 一一土 一 一图一｝｛：嚣 扩 赫・ 趱 速 谐波畸变对比图