有源滤波器的选型简述

有源滤波器的选型简述杨德强淳B欣;高世进【摘要】Firstly,thispaperbrieflyintroducesamethodofharmoniccurrentdetection.Secondly,itanalysisesthereasonofusingactivepowerfilterforharmonicrestraining.Finally,thispaperintroducestheprincipleoftheactivepowerfilterandselectionofitthroughthecalculation.%简要介绍了实际应用中谐波电流的检测方法，对选择使用有源滤波器的原因进行了简单的技术性分析，论述了有源滤波器的工作原理，并经过计算后，对有源滤波器的选型做了分析。【期刊名称】《安阳工学院学报》【年(卷)，期】2012(011)006【总页数】3页(P1-2,14)【关键词】谐波检测;谐波抑制;有源滤波器【作者】杨德强;郭欣高世进【作者单位】鲁南制药集团仙东临沂273400;中国海洋大学仙东青岛266100;鲁南制药集团仙东临沂273400【正文语种】中文【中图分类】TM477随着社会的快速发展和人民生活水平的不断提高，大量的谐波源例如非线性电气设备被应用到生产、生活中来，导致电网中的谐波越来越多，电能质量不断下降，谐波的种种危害给人类的工业生产、生活带来了诸多不便。目前已有大量文献论述关于谐波的产生、危害和治理的方法［1-6］，基于此有关谐波的种种危害本文在此不再螯述；在谐波的治理方面最有效的方式为有源电力滤波器，而有关有源滤波器理论方面的研究也有大量文献记载［7］-［9］，技术已逐渐成熟。某公司车间内安装了大量的低压变频器用来控制电机且部分为大功率的变频器，由于变频器可以产生大量的谐波电流，导致电能质量严重下降，对用电设备的使用寿命及继电保护等产生了很大危害，同时线路损耗也大量增加，提高了生产成本，需要考虑安装有源滤波器（APF）。本文主要从应用的角度论述了谐波电流的测量方法及谐波畸变率的计算，然后分析了选用有源滤波器的依据，并根据计算结果作出了选型。1谐波电流的测量变压器所带负载分布情况及谐波电流的测试方式如图1所示，负载侧已安装无功补偿装置，而且经过检测功率因数已达到0.92。图1谐波电流的检测方式在测试车间中所使用的非线性电气设备主要为变频器和整流设备，因此谐波源为变频器和整流设备，而这两种设备只产生奇次谐波，按傅立叶级数展开式交流侧谐波次数为（6k±1）次，k为正整数。三相电流的谐波测试数据如表1所示。表1谐波电流及相关计算量参量单位A相B相C相电流A530.00488.97471.55基波A510.59467.81450.453次谐波A15.0319.6513.865次谐波A116.81114.5114.87次谐波A74.9877.1173.479次谐波A4.216.364.6611次谐波A21.4122.6121.2413次谐波A7.787.116.6317次谐波A11.0412.2810.8219次谐波A7.067.357.35电流总谐波含量A142.13142.30139.49电流总谐波畸变率%27.8%30.3%30.9%其中，电流总谐波含量的计算公式为［10］：其中，Ih为第h次谐波电流（方均根值）。电流总谐波畸变率的计算公式为[10]:其中，IH为电流总谐波含量；I1为基波电流（方均根值）。测试结果表明各相电流谐波主要是以5、7次为主的谐波电流，电流谐波畸变率较大，谐波含量超过了《电能质量•公用电网谐波》中谐波电流值的要求。此外，由于测试发生在电气设备调试阶段，系统中的负载并未全部运行，当系统负载率升高，大部分非线性负载并入电网运行，总电流增大时，谐波电流也会随之增大。2谐波抑制的技术分析目前，谐波治理方式主要有两种：无源滤波方式和有源滤波方式。结合现场实际情况，不选用无源滤波器的原因主要有以下几个方面：1）由于生产时生产任务的不同，负载率不尽相同，即系统参数会变动，而无源滤波器的滤波特性受系统参数的影响较大，当电网谐波阻抗降低时，滤波效果将随之降低。2）变压器负载侧已经安装无功补偿装置，且系统的功率因数已经达到0.92，而无源电力滤波器表现出容性（容抗远远大于感抗），在滤波的同时还会进行无功补偿，如果选用无源滤波器，极有可能出现无功功率过补的现象，功率因数可能因此下降，而且会提升电网电压，这对某些设备也是不安全的。3）由表1中可知，电流中的谐波是主要以5次和7次谐波为主，此外还有3、9、11、13、17、19等各次谐波，而无源滤波器只能消除特定次数的谐波，而对其它某些次数的谐波可能会产生放大作用甚至发生谐振，这对供电系统来说是非常危险的。与无源滤波器相比，有源滤波器可以克服上面的问题，综上考虑应该选用有源电力滤波器。3有源滤波器的工作原理及选型3.1有源滤波器的滤波原理并联型电力滤波器主要解决谐波电流问题，其工作原理为：首先需要检测负载电流的大小，通过某种算法计算出其谐波电流，然后有源电力滤波器发出与谐波电流大小相等、方向相反的电流，与负载侧谐波电流相互抵消，达到滤除谐波电流的目的。其工作原理如图2所示，其补偿谐波的等效电路如图3所示。图2有源滤波器的工作原理图图3有源滤波器补偿谐波电流等效电路由等效电路图可得：若要使交流电网侧的谐波电流，必须满足有源电力滤波器的输出电流与负载侧的谐波电流【比大小相等，即3.2有源滤波器的选型由表1可知，三相电流中的最大电流谐波含量为142.30A，但测试时正处于电气设备的调试时期无法做到负载全部运行，经过计算测试时的负载率为54%，由此可得负载率为100%时的电流总谐波含量：在负载率增大的情况下，同时考虑负载波动范围内治理效果，选用2台150A的有源电力滤波器，有效谐波治理能力为300A。有源滤波器的安装位置如图4示。图4安装位置示意图4结论有源电力滤波器投运后，有效滤除了3、5、7、9、11、13、17、19次谐波，使谐波电流由30%左右滤除到接近零，且各次谐波含量均达到了《电能质量•公用电网谐波》谐波电流值的要求，有效改善了电能质量，降低了线路损耗，同时大大降低了变压器的实际负荷，提高了电气设备的使用寿命，降低了企业的生产成本。【相关文献】吴竞昌,孙树勤.供电系统谐波[M].北京：中国电力出版社，1998.张新启.配电网中谐波的产生及治理[J].新疆电力技术，2007,95(4):17-18.张一中，宁元中，宋永华，等.电力谐波[M].成都：成都科技大学出版社，1992.弭勇，郭徽，曹昱.谐波产生的原因及其治理措施概述[J].山西电力，2011,12(6):22-24.贺建闽，黄治清.谐波国标在电气化铁道的实践与认识[J].电气化铁道，2004(4):1-5.王兆安，杨君，刘进军.谐波抑制和无功功率补偿[M].北京：机械工业出版社，1998.吴春芳，程汉湘,鄂飞,朱约章.基于瞬时无功理论谐波检测的MATLAB仿真研究[J].江西电