摘要：电网中由于非线性负载的投入运行，如变频电机驱动或晶闸管整流直流驱动设备、计算机、重要负载所用的不间断电源（UPS）、节能荧光灯系统等，这些非线性负载将导致电网污染，产生谐波，使电力品质下降，引起供用电设备故障，甚至引发严重火灾事故等。某海上油田电力组网400V母排有很多变频设备，经专业厂家多次测试，400V系统中含有大量5次、7次谐波，谐波畸形率高达5.49%以上，超出了国标（5%），是一个长期存在突发的重大隐患问题。故在电网中安装有源滤波器（简称APF），可以有效的动态“抑制”电网中的谐波，同时还可以进行无功补偿，达到保证电网设备的安全可靠运行的目的。
关键词：变频；谐波；APF；电力组网；无功补偿
1、前言
谐波对电力电网及用电设备危害极大，主要有：
1）干扰通讯设备、计算机系统等电子设备的正常工作，造成数据丢失或死机；2）影响无线电发射系统、雷达系统、核磁共振等设备的工作性能，造成噪声干扰和图像紊乱；3）引起电气自动装置误动作，甚至发生严重事故；4）使电气设备过热，振动和噪声加大，加速绝缘老化，三相不平衡，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁；5）造成灯光亮度的波动（闪变），影响工作效益；6）导致供电系统功率损耗增加。
因此，谐波的治理是电网用电及供电管理部门迫切需要解决的问题。
2、谐波治理的方式
系统中的谐波通常分成三类，对于谐波的处理，遵循以下准则：
1）当低谐波时，可以采取“抑制”的方式，即使用谐波抑制器抑制谐波，使得投入系统中用于无功补偿的电容器能平安地投入，进行无功补偿，在补偿电容器的回路中串入一个谐波抑制器；2）当系统中的谐波有一定的含量，但还不至于达到抑制不了时，也可以采取另一种“抑制”的手段，即串入一定百分率的电抗器，对谐波进行抑制，同样可以达到使得补偿电容器平安投入系统，对无功功率进行补偿的作用。3）当系统中的谐波含量达到一定的量时，用“抑制”已无法解决问题时，就要毫不犹豫地采用滤波的手段，针对某一次或某几次大含量的谐波进行“滤除”，这就是当前人们说到的最多的“滤波”了。这时，滤除谐波，以保证系统中的谐波含量低于国标的限额，即同时能保证系统平安运行。
3、有源滤波器（APF Active power filter）
有源滤波器（APF）是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置，它能够对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿。装置需要提供电源(用以补偿主电路的谐波)，可克服LC滤波器等传统的谐波抑制和无功补偿方法的缺点(传统的只能固定补偿)，通过采样负载电流并进行各次谐波和无功的分离，控制并主动输出电流的大小、频率和相位，并且快速响应，抵销负载中相应电流（电压），实现了动态跟踪补偿，而且可以既补谐波又补无功和不平衡，治理效果好，可以同时滤除多次及高次谐波，不会引起谐振。APF有并联型和串联型两种，并联有源滤波器主要是治理电流谐波，串联有源滤波器主要是治理电压谐波等引起的问题。
4、工作原理
有源滤波器，是采用现代电力电子技术和基于高速DSP（digital signal processing数字信号处理）器件的数字信号处理技术制成的新型电力谐波治理专用设备。它由指令电流运算电路和补偿电流发生电路两个主要部分组成。指令电流运算电路实时监视线路中的电流，并将模拟电流信号转换为数字信号，送入高速数字信号处理器(DSP)对信号
进行处理，将谐波与基波分离，并以脉宽调制(PWM)信号形式向补偿电流发生电路送出驱动脉冲，驱动IGBT或IPM功率模块，生成与电网谐波电流幅值相等、极性相反的补偿电流注入电网，对谐波电流进行补偿或抵消，主动消除电网谐波，如图1、2。
图1有源滤波器的原理示意图
图2有源滤波器三相接线主回路
电压型有源滤波器(储能元件为电容)在工作时需对直流侧电容电压控制，使直流侧电压维持不变，因而逆变器交流侧输出为PWM电压波，如图3。
图3.电压型有源滤波器
而电流型有源滤波器(储能元件为电感)在工作时需对直流侧电感电流进行控制，使直流侧电流维持不变，因而逆变器交流侧输出为PWM电流波。电流型有源滤波器的优点是损耗较少，效率高，如图4.
图4电流型有源滤波器
5、海上油田电网中安装有源滤波器：
某海上油田电力组网由陆地终端A 4台4281KW透平发电机和2台6000KW透平发电机组，海上油田B 3台4281KW透平发电机组以及油田C 2台2800KW透平发电机组经过变压器升压后通过35KV海底电缆组成电力联网。各平台用电设备电压等级均为6.3KV、400V等。海上平台很多400V设备如电潜泵、淡水泵等大多采用变频器，造成400V母排产生大量谐波。海上油田B作为海上平台电力负荷中心，经过专业厂家多次对400V母排中进行谐波的检测，400V母排系统中含有大量5次、7次以及11次谐波，谐波畸形率高达5.49%以上，超出了国标（5%），造成重大设备安全运行隐患。
海上油田B电网电力单线图如下（图5）：
图5.平台电力单线图
在海上油田B平台400V母排LC段并联安装一台容量为300A电流型有源滤波器，当有源滤波器投入后，进行谐波检测，5次谐波平均从274A下降到88A，5次谐波滤除率为67%，7次谐波平均从58A下降到19A，7次谐波滤除率为67.2%,11次谐波平均从50A下降到13A，11次谐波滤除率为74%，治理效果良好，如图6。
（a）APF投用前电流波形图 （b）APF投用后电流波形图
（c）APF投用前后谐波数据对比
（d）APF投用前后谐波分布示意图
6、结束语
随着技术的进步，变频设备大量应用于电力系统中，变频设备的运行会产生大量的谐波。而有源滤波器的应用，可以有效得对这些谐波进行治理，消除因零序谐波产生的中性线电流，可以同时滤除2次到60次谐波次范围内的全部或选定次数的谐波，进行单相动态补偿，不受系统不平衡的影响，可并、串联安装方式，安装简单、方便，易于扩展， 设计选型简单，不需要进行详细的电网分析，只需测量谐波电流的大小，体积轻巧，可壁挂安装，标准的通讯接口，方便的接入用户现有的通讯系统。动态电流补偿消除谐波和提高功率因数，减少谐波在电缆、开关、变压器中的发热，减少谐波引起的停电故障和时间，提高电源利用率减少运营成本，提高电网设备运行的可靠性。随着我国电力事业的发展，电能质量的要求将不断提高，利用有源滤波进行电能质量治理有着巨大的市场潜力，特别在补偿谐波、无功功率、中线电流、不平衡电流等方面，有源滤波技术必将拥有更加广阔的前景。
参考文献
[1]周鹤良《电气工程师手册》北京：中国电力出版社;2008
[2]谭甜源《配电网有源滤波技术的研究和工程应用》;中南大学出版社;2004
[3]王亮《中频炉工作原理及谐波治理 》;电工技术 2006年04期
[4]杨润梅;肖湘宁;高然;祝典;《山东黄金供电系统谐波分析》;华北电力技术;2008年10期
作者简介：黄和滔（1990.01-），男，广西省玉林市人，当前职称：初级，学历：本科。
论文作者:黄和滔
论文发表刊物:《信息技术时代》2018年6期
论文发表时间:2019/3/15
标签：谐波论文; 电流论文; 滤波器论文; 电网论文; 系统论文; 油田论文; 海上论文; 《信息技术时代》2018年6期论文;