论有源滤波技术在电力系统中的应用
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作者: 王文涛
摘 要：随着科技的发展，生产过程中采用的大型设备的种类和数量越来越多，对电能质量的要求也越来越高。但是受多种因素的影响，电网中的电流波形严重偏离了正弦波，产生了谐波分量，影响了电能质量水平。有源滤波和无源滤波是目前常用的两种滤波方法，本文简要介绍了电网中谐波的危害，并且就有源滤波的特点和优势进行了介绍，给出了其未来发展前景。
关键词：有源滤波；电力系统；应用
中图分类号：TM71 文献标识码：A
随着人们生活水平的提高，人们对电能质量的要求越来越高，但是电网污染问题却越来越严重，不能满足人们对电能的需求。传统情况下人们采用无源滤波器对电能中存在的谐波进行滤除，但是由于该技术本身存在的一些缺陷，导致电能滤除质量较差。为此人们寻求别的方法来实现对电网中谐波的滤除，从而满足人们生活和生产中用电安全性和可靠性的需求。
1谐波的危害
人们理想的电能是具有较高对称性能的正弦波，但是在生产和传输过程中受到多种因素的影响，导致其波形偏离正弦图像，影响电能质量。目前电能中常见的问题有谐波、电压不平衡、过欠电压、电压瞬变以及电压闪变等，其主要原因是电网谐波，即电网中传输的电能中存在一定数量的频率为基波整数倍的电量。
随着科技的不断发展，生产过程中的自动化程度不断提高，一些先进的整流器、变频器以及电加热设备等的应用越来越多，在使用过程中他们产生了大量的谐波，对电网中传输的电流发生畸变，影响生活和生产中设备的正常运行。谐波的存在会导致设备损坏，引发火灾，严重的还会危及人们的生命和财产安全；造成电容器等设备的损坏；产生干扰信号干扰电子类设备的正常运行，诱发控制系统故障；增加电能在传输过程中的损失，加快电缆老化，产生火灾等安全隐患；造成设备运行过程中的振动和噪声，缩短设备使用寿命；降低电力系统中仪表的测量精度。
2有源滤波技术
采用先进的滤波装置，有效吸收电力系统中存在的谐波电流量，是抑制电网中谐波污染的主要方法。无源滤波器采用电容、电阻和电抗等元器件组合实现对电网中谐波电流的去除，但是在使用过程中容易受系统参数的影响，且只能够对某些阶次的谐波进行滤除，滤波器的负担会随着电网中谐波电流的增大而增大，严重的还会造成滤波器的过载，因此无源滤波器的使用受到了较大的限制。有源滤波器是电力系统中用来抑制谐波的主要仪器，通过对大小和频率不断发生变换的谐波以及无功量进行补偿，实现对电网中谐波分量的滤除。根据滤波器在电网中连接方式的不同，可以将其分为并联和串联两种。
并联有源滤波器在使用过程中采用并联方式实现跟电网的连接，相当于给电网增加了一个受控电流源，消除负载引发的各种谐波电流，同时实现对三相对流和无功的补偿。该方式常被用于感性电流源型负载，完成对其谐波分量的无功补偿，且能够承受电网中较大的基波电压。
串联有源滤波器采用串联的方式，实现电网和负载之间的连接，能够消除电压型谐波负载对电力系统中电能产生的影响。该连接方式的滤波器在电压敏感性负载中得到了较好的应用。但是跟并联方式相比，流过它的负载电流较高，导致变压器在使用过程中额定参数上升、体积变大、损耗较大。
3有源滤波器在电力系统中应用的优势
有源滤波器克服了无源滤波器在使用中的缺陷，在电力系统中得到了广泛的应用，和无源滤波器相比，它具有以下几个方面的优势：
（1）快速响应性能好，能够实现对电能质量中谐波的有效控制。
（2）能够实现对电网中各种类型谐波的跟踪，同时还可以实现对电网中存在的闪变和无功补偿的抑制，在电能质量控制中能够实现多个功能。
（3）能够自动完成对电能质量调节中无功功率和变化无功功率的生成。
（4）其特性不受电力系统中各项参数的影响。
（5）不会跟电力系统中的阻抗发生谐振，不会引起电网中谐波的放大，具有体积小，质量轻等优势。
基于上述几个方面的优势，有源滤波技术在电力系统的谐波抑制和无功补偿中得到了非常广泛的应用，给电力行业的发展带来了巨大的经济和社会效益。
4有源滤波器的应用和发展
目前有源滤波器在美国、日本和德国等国家得到了高度的重视，并且从1981年就开始在日本得到了实施，其容量范围从50kVA到60MVA不等。当今世界中从事有源滤波器生产的厂家主要有美国西屋电器、日本的三菱和德国的西门子。虽然有源滤波技术在国外得到了广泛的应用，但是在国内只有较少的几个样机投入使用。随着新技术的不断应用，有源滤波器在未来发展过程中会向着以下几个方向发展：
（1）采用先进的PWM技术，实现对电网中高次谐波的有效滤除。当有源滤波器的容易低于2MVA时，可以采用PWM技术对其谐波分量进行补偿；如果超过5MVA，则采用GTO技术进行谐波补偿。
（2）将有源滤波和无源滤波结合到一块，降低有源滤波器的容量，实现对滤波器成本的降低。其中有源滤波器完成对电网中低次谐波分量的补偿，无源滤波器实现对电网中高次谐波分量的补偿。
（3）随着半导体技术的飞速发展，串联-并联有源滤波器的功能将会更加强大，其性价比也会降低。
（4）采用单节点单装置的布置方式，实现对电力系统中多个节点谐波电压的控制，使电力系统谐波治理向着智能化的方向发展。
结语
电力系统中的污染情况越来越严重，电能质量逐年下降，为了满足人们生活和生产的需要，必须要加强对电能污染的质量。有源滤波器利用先进的有源滤波技术能够方便的去除电力系统中存在的谐波分量，在电能质量治理中具有较好的效果，且在国外得到了非常广泛的应用。随着新技术的不断研究以及半导体技术的发展，有源滤波器会向着更高、更智能的方向发展。
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