【摘要】：本文分析了電力係統諧波產生的原因，總結了抑製諧波的措施；分析了無源濾波裝置和有源濾波裝置在諧波治理中的應用；分析總結了有源濾波裝置的發展方向。

【正文】：
1、前言
        在電力係統中，正常的電壓和電流波形應當是頻率為50Hz的(de)正(zheng)弦(xian)波(bo)
，但(dan)是(shi)實(shi)際(ji)的(de)波(bo)形(xing)總(zong)有(you)不(bu)同(tong)程(cheng)度(du)的(de)畸(ji)變(bian)，這(zhe)就(jiu)是(shi)諧(xie)波(bo)所(suo)致(zhi)。隨(sui)著(zhe)電(dian)力(li)技(ji)術(shu)的(de)飛(fei)速(su)發(fa)展(zhan)，諧(xie)波(bo)所(suo)造(zao)成(cheng)的(de)危(wei)害(hai)也(ye)日(ri)趨(qu)嚴(yan)重(zhong)
，諧(xie)波(bo)汙(wu)染(ran)已(yi)成(cheng)為(wei)阻(zu)礙(ai)電(dian)力(li)技(ji)術(shu)發(fa)展(zhan)的(de)重(zhong)大(da)障(zhang)礙(ai)之(zhi)一(yi) [ 1 ]。
        電力係統中諧波的產生大致有三種來源：( 1)來lai源yuan於yu發fa電dian機ji。發fa電dian機ji由you於yu三san相xiang繞rao組zu在zai製zhi作zuo上shang很hen難nan做zuo到dao絕jue對dui對dui稱cheng，鐵tie心xin也ye很hen難nan做zuo到dao絕jue對dui均jun勻yun一yi致zhi，以yi及ji其qi他ta一yi些xie原yuan因yin
，發fa電dian機ji多duo少shao也ye會hui產chan生sheng一yi些xie諧xie波bo，但dan一yi般ban來lai說shuo很hen少shao
； (2)來(lai)源(yuan)於(yu)輸(shu)配(pei)電(dian)係(xi)統(tong)。輸(shu)配(pei)電(dian)係(xi)統(tong)中(zhong)主(zhu)要(yao)是(shi)電(dian)力(li)變(bian)壓(ya)器(qi)產(chan)生(sheng)諧(xie)波(bo)，由(you)於(yu)變(bian)壓(ya)器(qi)含(han)有(you)鐵(tie)心(xin)
，鐵(tie)心(xin)具(ju)有(you)磁(ci)飽(bao)和(he)性(xing)
，鐵(tie)心(xin)飽(bao)和(he)後(hou)是(shi)非(fei)線(xian)性(xing)的(de)，變(bian)壓(ya)器(qi)鐵(tie)心(xin)常(chang)工(gong)作(zuo)在(zai)磁(ci)通(tong)密(mi)度(du)較(jiao)高(gao)的(de)區(qu)段(duan)，磁(ci)化(hua)曲(qu)線(xian)更(geng)陡(dou)，更(geng)易(yi)產(chan)生(sheng)諧(xie)波(bo)。據(ju)統(tong)計(ji)由(you)電(dian)力(li)變(bian)壓(ya)器(qi)產(chan)生(sheng)的(de)諧(xie)波(bo)中(zhong)，其(qi)中(zhong)的(de)3次諧波電流可達額定電流的15%；( 3)來源於各種電氣設備。主要包括一些電力電子整流設備，變頻裝置，電弧爐
、電石爐，氣體放電類電光源等等。據統計，由整流裝置產生的諧波占電力係統所有諧波的近40%，這是最大的諧波源。
        本ben文wen根gen據ju諧xie波bo產chan生sheng的de特te點dian，總zong結jie了le抑yi製zhi諧xie波bo的de措cuo施shi
，分fen析xi無wu源yuan濾lv波bo裝zhuang置zhi和he有you源yuan濾lv波bo裝zhuang置zhi在zai諧xie波bo治zhi理li中zhong的de應ying用yong。分fen析xi了le目mu前qian有you源yuan濾lv波bo器qi的de主zhu要yao研yan究jiu方fang向xiang及ji有you源yuan濾lv波bo器qi設she計ji的de一yi種zhong新xin思si路lu。

2
、諧波治理
2.1　諧波治理的標準
        諧波的危害和影響引起了世界各國高度重視，為了保證電網和用電設備的安全、穩定、經濟運行，目前許多國家、國際組織以及一些大電力公司都製定了相應的諧波標準。
        GB/T14549-1993 《電能質量：公用電網諧波》[ 2 - 3]
        GB/T15543-2008 《電能質量：三相電壓允許不平衡度》
        GB/T12325-2008 《電能質量：供電電壓允許偏差》
        GB/T12326-2008 《電能質量：電壓波動和閃變》
        GB/T18481-2001 《電能質量：暫時過電壓和瞬態過電壓》
        GB/T15945-2008 《電能質量：電力係統頻率允許偏差》
        GB7625.1-1998  《低壓電氣電子產品發出的諧波電流限值》
        GB/T15576-1995 《低壓無功功率靜態補償裝置總技術條件》
        各諧波標準宗旨大同小異，都是基於以下三個目的：
        (1)將電力係統電流和電壓波形的畸變控製到係統及其所接設備能夠允許的水平。
        (2)以符合用戶需要的電壓波形向用戶供電。
        (3)不幹擾其他係統(如通訊係統)的正常工作。
2.2　諧波治理的措施
        針對諧波產生的特點諧波治理的措施主要有以下3種形式：(1)主動治理，即從諧波源出發
，使諧波源不產生諧波或降低諧波源產生的諧波
； (2)受端治理。即從受到諧波影響的設備或係統出發，提高它們的抗諧波幹擾能力； (3)被動治理，即外加濾波裝置
，阻止諧波源產生的諧波注入電網，或者阻止電力係統的諧波流入負載端。
        目(mu)前(qian)應(ying)用(yong)較(jiao)廣(guang)的(de)是(shi)采(cai)用(yong)被(bei)動(dong)治(zhi)理(li)的(de)措(cuo)施(shi)，外(wai)加(jia)濾(lv)波(bo)裝(zhuang)置(zhi)。目(mu)前(qian)主(zhu)要(yao)方(fang)式(shi)為(wei)無(wu)源(yuan)濾(lv)波(bo)器(qi)和(he)有(you)源(yuan)濾(lv)波(bo)器(qi)，以(yi)阻(zu)止(zhi)諧(xie)波(bo)源(yuan)產(chan)生(sheng)的(de)諧(xie)波(bo)注(zhu)入(ru)電(dian)網(wang)，或(huo)者(zhe)阻(zu)止(zhi)電(dian)力(li)係(xi)統(tong)的(de)諧(xie)波(bo)流(liu)入(ru)負(fu)載(zai)端(duan)。
        雖然無源濾波器具有投資少、效率高、結(jie)構(gou)簡(jian)單(dan)及(ji)維(wei)護(hu)方(fang)便(bian)等(deng)優(you)點(dian)

，在(zai)現(xian)階(jie)段(duan)廣(guang)泛(fan)用(yong)於(yu)配(pei)電(dian)網(wang)中(zhong)，但(dan)由(you)於(yu)濾(lv)波(bo)器(qi)特(te)性(xing)受(shou)係(xi)統(tong)參(can)數(shu)影(ying)響(xiang)大(da)，隻(zhi)能(neng)消(xiao)除(chu)特(te)定(ding)的(de)幾(ji)次(ci)諧(xie)波(bo)，而(er)對(dui)某(mou)些(xie)次(ci)諧(xie)波(bo)會(hui)產(chan)生(sheng)放(fang)大(da)作(zuo)用(yong)，甚(shen)至(zhi)諧(xie)振(zhen)現(xian)象(xiang)等(deng)技(ji)術(shu)缺(que)陷(xian)，隨(sui)著(zhe)電(dian)力(li)電(dian)子(zi)技(ji)術(shu)的(de)發(fa)展(zhan)
，人(ren)們(men)將(jiang)濾(lv)波(bo)研(yan)究(jiu)方(fang)向(xiang)逐(zhu)步(bu)轉(zhuan)向(xiang)有(you)源(yuan)濾(lv)波(bo)器(qi)。
        相比無源濾波器，有源濾波器具有以下優點：
        (1)濾波性能不受係統阻抗的影響。
        (2)不會與係統阻抗發生串聯或並聯諧振
，係統結構的變化不會影響治理效果。
        (3)原理上比PPF更為優越
，用一台裝置就能完成各次諧波的治理。
        (4)可實現動態治理
，能夠迅速響應諧波的頻率和大小發生的變化。
        (5)由於裝置本身能完成輸出限製，因此即使諧波含量增大也不會過載。
        (6)具備多種補償功能，可以對無功功率和負序進行補償。
        (7)諧波補償特性不受電網頻率變化的影響。
         (8)可以對多個諧波源進行集中治理。
        安科瑞公司ANAPF係列有源電力濾波裝置作為一種用於動態抑製諧波
、補償無功的新型電力電子裝置，它能夠對大小和頻率都變化的諧波以及變化的無功進行補償，其應用可克服LC濾波器等傳統的諧波抑製和無功補償方法的缺點（傳統的隻能固定補償），實現了動態跟蹤補償，而且可以既補諧波又補無功，是諧波治理和無功補償的最佳選擇，是確保電網穩定運行的有力保障。

3、ANAPF係列有源電力濾波裝置
        作為改善供電質量的一項關鍵技術
，目前有源電力濾波器在日本
、美國、德(de)國(guo)等(deng)發(fa)達(da)工(gong)業(ye)國(guo)家(jia)已(yi)廣(guang)泛(fan)用(yong)於(yu)國(guo)民(min)經(jing)濟(ji)的(de)各(ge)個(ge)生(sheng)產(chan)部(bu)門(men)

，並(bing)且(qie)諧(xie)波(bo)補(bu)償(chang)的(de)次(ci)數(shu)逐(zhu)步(bu)提(ti)高(gao)，單(dan)機(ji)裝(zhuang)置(zhi)的(de)容(rong)量(liang)也(ye)逐(zhu)步(bu)提(ti)高(gao)，其(qi)應(ying)用(yong)領(ling)域(yu)正(zheng)從(cong)補(bu)償(chang)用(yong)戶(hu)自(zi)身(shen)的(de)諧(xie)波(bo)向(xiang)改(gai)善(shan)整(zheng)個(ge)電(dian)力(li)係(xi)統(tong)供(gong)電(dian)質(zhi)量(liang)的(de)方(fang)向(xiang)發(fa)展(zhan)。

3.1　ANAPF有源電力濾波裝置的工作原理
        ANAPF係列有源電力濾波裝置，以並聯的方式接入電網，通過實時檢測負載的諧波和無功分量，采用PWM變流技術，從變流器中產生一個和當前諧波分量和無功分量對應的反向分量並實時注入電力係統，從而實現諧波治理和無功補償。（見圖1）

圖1  ANAPF有源電力濾波裝置的工作原理圖

3.2　ANAPF有源電力濾波裝置的技術參數

3.3　ANAPF有源電力濾波裝置的功能模塊
- 控製器模塊APFMC-C100
        主要由：DSP（數字信號處理器）、FPGA邏輯器件、AD信號采樣電路

、DI/DO輸入輸出控製電路、PWM波形控製電路
、RS485通訊電路等組成

，主要用來完成電壓、電流等信號的采集和處理、指令電流的計算、開關電路的生成、PWM信號的輸出
、係統對外通訊與係統保護等功能。控製係統是有源濾波器的核心，它決定了有源電力濾波器係統的主要性能和指標。
- 變流器模塊APFCOV
        其核心是儲能電容和IGBT模塊。變流器的作用主要是將電網的電壓經IGBT功gong率lv模mo塊kuai整zheng流liu後hou為wei儲chu能neng電dian容rong充chong電dian，使shi母mu線xian電dian壓ya維wei持chi在zai某mou個ge穩wen定ding的de值zhi，在zai這zhe個ge過guo程cheng中zhong變bian流liu器qi主zhu要yao工gong作zuo在zai整zheng流liu狀zhuang態tai，當dang主zhu電dian路lu產chan生sheng補bu償chang電dian流liu時shi
，變bian流liu器qi又you工gong作zuo在zai逆ni變bian狀zhuang態tai。考kao慮lv到dao產chan品pin是shi在zai電dian網wang中zhong長chang時shi間jian運yun行xing的de，因yin此ci直zhi流liu支zhi撐cheng電dian容rong采cai用yong薄bo膜mo電dian容rong，功gong率lv模mo塊kuai采cai用yong德de國guo原yuan裝zhuang產chan品pin

，以yi確que保bao整zheng機ji質zhi量liang。變bian流liu器qi的de選xuan擇ze根gen據ju補bu償chang電dian流liu的de大da小xiao而er有you所suo不bu同tong。
- 電抗器模塊APF-RE.DG
、APF-RE.SDG
         APF電抗器起濾波作用，濾除APF發出的電網不需要的諧波。電抗器可分為單相和三相，電流從15A到200A等多種規格。
- 人機操作界麵APF-HMI
        APF櫃在工作時，係統可以監測其網側電流
、APF橋臂電流以及負載側電流，用戶可以通過HMI來對APF的運行模式進行設置
，對於運行中出現的問題
，可以產生對應的事件記錄。HMI就是我司針對電力係統
，工礦企業，公用設施,智能大廈的電力監控需求而設計的一種智能儀表，它采用高亮度TFT-LCD彩屏顯示界麵，通過麵板按鍵來實現參數設置和控製
，集成全部電力參數的測量、全麵的電能計量和考核管理、多種電力質量參數的分析。
- 配套的電流采樣互感器AKH-0.66-K

3.4　技術優勢
- DSP+FPGA全數字控製方式
，具有極快的響應時間
；
- 先進的主電路拓撲和控製算法，精度更高
、運行更穩定；
- 一機多能，既可補諧波，又可兼補無功；
- 模塊化設計，便於生產調試
- 便利的並聯設計，方便擴容；
- 具有完善的橋臂過流、保護功能；
- 使用方便，易於操作和維護。

3.5　有源濾波器報價及元件清單

4
、ANAPF有源電力濾波裝置的應用
        有源電力濾波器可廣泛應用於工業、商業和機關團體的配電網中，如：電力係統、電解電鍍企業、水處理設備、石化企業、大型商場及辦公大樓、精密電子企業
、機場/港口的供電係統
、醫療機構等。根據應用對象不同
，ANAPF係列有源電力濾波裝置的應用將起到保障供電可靠性
、降低幹擾
、提高產品質量、增長設備壽命減少設備損壞等作用。

4.1　主要應用範圍及場合
1）機場：主控室
、計算機房、廣播係統、EIB燈光調光係統等。
2）醫院：ICU（重症監護室）、MRI（磁共振成像）
、手術室、醫學成像室、放療科等。
3）劇場
、體育館：解決由於諧波造成的EIB調光設備及其它控製設備的損壞。
4）學校：精密實驗室
、機房、網絡中心等。
5）研究所：精密儀器、機房
、高精密設備集中區域等。
6）大型商場：解決由於節能燈大量應用造成的諧波問題。
7）銀行：計算機中心
、營業部計算機、安防係統等。
8）稅務、工商：大型計算機中心等。
9）電信機房：移動基站
10）工廠：生產線的PLC、計算機控製設備、高精度機床
、PCS係統
、計量/稱重係統等。
11）電視台：圖像設備、調光設備、計算機等。

4.2　ANAPF有源電力濾波裝置應用實例
- 項目背景
         某mou企qi業ye是shi一yi家jia單dan晶jing矽gui製zhi造zao企qi業ye。單dan晶jing矽gui建jian設she項xiang目mu具ju有you巨ju大da的de市shi場chang和he廣guang闊kuo的de發fa展zhan空kong間jian。近jin年nian來lai

，各ge種zhong晶jing體ti材cai料liao，特te別bie是shi以yi單dan晶jing矽gui為wei代dai表biao的de高gao科ke技ji附fu加jia值zhi材cai料liao及ji其qi相xiang關guan高gao技ji術shu產chan業ye的de發fa展zhan，成cheng為wei當dang代dai信xin息xi技ji術shu產chan業ye的de支zhi柱zhu

，並bing使shi信xin息xi產chan業ye成cheng為wei全quan球qiu經jing濟ji發fa展zhan中zhong增zeng長chang最zui快kuai的de先xian導dao產chan業ye。其qi生sheng產chan工gong藝yi多duo分fen熔rong融rong加jia熱re或huo直zhi流liu加jia熱re，由you於yu采cai用yong半ban導dao體ti可ke控kong整zheng流liu方fang式shi，本ben身shen工gong作zuo過guo程cheng中zhong會hui產chan生sheng非fei常chang大da量liang的de電dian流liu諧xie波bo，對dui電dian網wang造zao成cheng諧xie波bo汙wu染ran，這zhe些xie諧xie波bo使shi得de精jing密mi儀yi器qi精jing度du失shi準zhun甚shen至zhi誤wu動dong作zuo，破po壞huai了le係xi統tong的de無wu功gong補bu償chang，造zao成cheng係xi統tong供gong電dian損sun耗hao的de增zeng加jia及ji損sun壞huai補bu償chang電dian容rong器qi等deng，對dui於yu單dan晶jing矽gui複fu雜za的de生sheng長chang過guo程cheng以yi及ji後hou期qi的de精jing密mi加jia工gong流liu程cheng都dou造zao成cheng非fei常chang大da的de影ying響xiang


，因yin此ci電dian網wang的de品pin質zhi間jian接jie決jue定ding著zhe單dan晶jing矽gui成cheng品pin材cai料liao的de品pin質zhi，幾ji乎hu所suo有you的de單dan晶jing矽gui製zhi造zao生sheng產chan線xian都dou麵mian臨lin諧xie波bo問wen題ti

- 治理方案
        針對電能質量狀況，上海安科瑞電氣股份有限公司提出了諧波治理的解決方案，並最終確定在3#變壓器下進行試點，采用ANAPF有源電力濾波裝置，自動跟蹤治理負載產生的諧波電流
，保證整個係統安全可靠運行。

以下是ANAPF有源濾波器投入前後的現場對比數據：
1）三相電壓波形前後對比，見圖2、圖3。
2）三相電壓諧波含量前後對比，見圖4、圖5。
3）三相電流波形前後對比
，見圖6、圖7。
4）三相電流諧波含量前後對比
，見圖8、圖9

    圖2 有源濾波器投入前相電壓波形                     圖3 有源濾波器投入後相電壓波   

      
圖4 有源濾波器投入前相電壓諧波含量                  圖5 有源濾波器投入後相電壓諧波含量  

    
圖6 有源濾波器投入前相電流波形                      圖7 有源濾波器投入後相電流波形

               
圖8 有源濾波器投入前相電流諧波含量                   圖9 有源濾波器投入後相電流諧波含量

        從現場測試的有源濾波器投入前後的數據可以看出，有源濾波器投入運行後，電壓和電流諧波明顯降低
，電壓諧波由原來的4.7%降到2.4%
，電流諧波由原來的18.4%降到5.0%，諧波電流有效值從273A下降到63A，sanxiangdianyahesanxiangdianliuboxingjundedaomingxiangaishan，conggenbenshangxiaochulexiebodeyingxiang，baozhangledanjingguishengchandezhiliang，gaiqiyejuedingzaihouqigaijiangongchengzhongquanbucaiyongANAPF有源濾波器。

5、結束語
        諧波治理是電能質量問題的核心內容之一，也是現代電力生產發展的迫切需要。有源電力濾波器經過二、三十年的發展已成為補償電力係統諧波及無功功率的重要裝置[ 4 – 5 ]。目前在實際應用中，並聯型APF是比較成熟的拓撲結構，是優選的方案；串聯型APF電路在工作時需流過全部的正常負載電流，損耗比較大
，而且投切、故障後退出及各種保護電路也比較複雜；串、並聯型APF當前的主要問題是控製複雜
，造價高。

        從近年來的研究和應用中可以看出，APF具有如下的發展趨勢：
(1)通過采用PWM調製和提高開關器件等效開關頻率的多重化技術，實現對高次諧波的有效補償
；
(2)采用APF和PF組成的混合型濾波係統
，以減少APF的容量

，降低成本
，提高效率；
(3)隨著半導體器件製造水平的迅速發展
，混合型濾波係統低成本的優勢將逐漸消失，而並聯APF由於其功能強大

、性價比高
，將是很有發展前途的有源濾波裝置
；
(4)隨著電力電子器件耐壓水平的提高和對電能質量的日益重視

，APF也將在工業係統的高壓領域得到廣泛應用。
隨著我國電力事業的發展
，電能質量的要求將不斷提高

，利用APF進行電能質量治理有著巨大的市場潛力。特別是在補償諧波、無功功率，以及中線電流、不平衡電流等方麵
，有源濾波技術必將擁有更加廣闊的應用前景。

參考文獻
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[2]電能質量公用電網諧波GB /T14549 - 93 [ S]. 1993.
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[5]胡學芝,皮大能. 有源電力濾波器及其應用技術綜述[J]. 船電技術, 2005, (1)：39-42.