（四川邮电职业技术学院）
摘要：本文主要阐述了有源滤波器的相关理论知识，详细研究了有源滤波器所具有的优势，且主要从有源滤波器的应用优势和产生的经济效益方面进行探讨。
关键词：有源电力滤波器；电能质量；改善
随着我国社会的发展，我国的电力系统不断地进行升级和更新，且增加了多种电力电子设备，如电弧炉、变频调速装置、电网中整流器等，而这些电力电子装置的不平衡性、冲击性、非线性等特性严重影响了电能质量。而在现代社会经济条件下，层出不穷的新型电子设备对电能质量的要求也越来越高。因此，积极研究治理电能质量的措施已经成为电力事业发展的研究重点，而本文主要对有源电力滤波器的应用进行研究，以达到提高电能质量的目的。
1有源滤波器的相关理论
谐波的危害
电网给交流调压、二极管整流器、变频器等非线性负载供电时，电流波形会产生异变，不仅有基波，还有谐波。谐波会直接消耗基波无功功率，进而给电网和用电户带来较大的影响。谐波会对变压器、电容器、旋转电机等设备的正常运行带来较大的影响，设备无法正常工程，且设备绝缘老化速度加快、使用寿命缩短，产生这种情况的主要原因是频率升高带来的涡流、磁滞、集肤效应等，谐波电流会附加损耗转子回路、电机绕组和转子定子铁心，提高的电机温度，使电机出现局部过热现象，进而加速设备老化，情况严重时会使设备发生故障。不仅如此，谐波会提高电网谐振发生率，主要原因是电网普遍应用了补偿功率因数的电容器，以补偿无功功率，提高功率因数，且电网中还有感性部分，而电网中的电容和感性部分会为谐振提供条件，进而对某频率谐波产生较高的电流或电压，超出设备承载能力而损坏，从而产生事故。由此可见，谐波具有较大的危害，极大地影响了电能质量，应采用有效的措施予以消除。
（二）有源滤波器工作原理
目前提高电能质量的方法中，有源电力滤波设备替代传统无源补偿设备是重要的一种措施。但是在有源滤波器的实际应用过程中，依然存在较多的问题，如控制鲁棒性差、补偿精度低、设备相应速度慢等。因此，如果要在电网中合理应用有源电力滤波器，就需要对滤波器的谐波进行综合分析和精确地检测，进而设计出科学的应用方案。补偿电流发生电路和指令电流运算电路是组成有源电力滤波器的主要结构。动态监测线路电流情况主要由指令电流运算电路完成，该电路直接将检测的电流信号转换成数字信号，并直接将处理后的信号传递至高速数字信号处理器中，基波与谐波分离，获取指令电流，之后利用电流对驱动电路和控制电路进行追踪，而该电路发出的脉宽调制信号由补偿电流发生电路接收，启动IPM功率或IGBT功率模式，产生可消除电力谐波的补偿电流，并让其进入电网，进而提高电能质量。该补偿电流的幅值与谐波电流相同，但是其极性与谐波电流相反，因此，可以快速、有效地消除谐波电流。图1为有源滤波器的工作原理图。
有源滤波器的优势
（一）有源滤波器的应用优势
有源滤波器的优势较多，具有提高电力质量、指导线路变压器增容、节能等优势。电力系统综合经济运行评价参数是功率因素，功率因素越小，电力系统的经济性越低，企业电力能耗较大，用电不合理，功率因素越大，电力系统的经济性越高，企业用电合理。而有源滤波器节能充分，可直接根据情况需要来产生基波无功补偿电流，达到实时无功补偿的目的，进而使电网的功率因数得到有效改善。有源滤波器具有提高电能质量的优势，主要包含以下内容：电网应用有源滤波器后，补偿地点的线路电压变大，而补偿后电网的功数因素越大，功率因数对应正切值将越小，电网系统中的电压损耗量将降低，进而增强了对电压闪变的抑制作用。除此之外，有源滤波器可减少网络污染。电气机车、整流设备、逆变设备、电焊机等供配电系统设备均会增加高次谐波电流，从而增加变压器、发电机等电磁元件的损耗程度，且会严重污染网络，降低电力系统中仪表、电子设备、计算机等设备的测量精度。因此，电力工程人员应积极采用有效措施抑制、消除网络污染。而有源滤波器能够产生消除有功谐波电流和无功电流的补偿电流，该电流的幅值与谐波源相等，但是极性与谐波源相反，从而可有效地消除电力谐波，保证电网电流干净。
目前，在电力系统中通常应用有源滤波器、无源滤波器、混合型滤波器进行谐波的治理。尽管无源滤波器的成本较小，结构不复杂，但是电网阻抗和其自身参数的变化会对滤波的效果产生较大的影响，容易出现谐振现象。与无源滤波器相比，有源滤波器的性能更加优良，且治理谐波的效果更加显著。电力系统中已经广泛应用RITHAF结构进行谐波的治理。该结构的有源部分是电压型逆变器，无源部分是1组2阶高通滤波器和多组单调谐波滤波器组成，有源部分在耦合变压器与基波串联谐振电路并联的基础上，与无源部分串联，最后形成了RITHAF结构。有源部分无需承受基波电压，且容量小，具有较强的经济效益。在电网中应用有源电力滤波器后，可在原有电力运行系统的基础上，有效提高电力系统的安全度，进而达到节能的目的。
有源滤波器的经济优势
1节约电能。电力系统中产生的谐波电流会对电机设备、电力电容器、输电线路、变压器等电力设备带来铁损和铜损。而谐波源可视为产生谐波的发电机，而设备的非线性转换的基波能量成为谐波能量主要来源。设备中的非线性负荷产生谐波电流，之后进入电力系统中，直接消耗电能。而应用有源滤波器后，电力系统中相线电流值会大幅减小，减少能量损耗，进而发挥其节能的作用。
2改善功率因数，提高经济效益。随着变频器等大量非线性负荷设备的应用，电力系统中产生的谐波电流越来越多，直接是无功补偿设备无法正常运行。然而，无功补偿设备异常会减小电力系统的功率因数，进而降低企业的经济效益。目前，相关主管部门并没有严格处罚功率因数较小的企业。但是企业应用有源滤波器后，该装置可在消除谐波的基础上，可对无功分量进行补偿。不仅如此，有源滤波器能够实时平滑吸收或补偿电力系统中的无功功率，该项功能显著优于无功补偿装置。
3提高成品率而带来经济效益
如果企业从事精密仪器生产等事业时，对电能质量的要求较高。如果电能质量较差，则会直接影响企业生产产品的质量，从而提高了企业产品的报废率，不利于企业的健康发展。而应用有源滤波器，能够有效提高电能质量，保证电力稳定，进而降低企业产品报废率，促进企业经济效益的提高。
4延长电力设备使用寿命
治理谐波有助于延长电力设备的使用寿命。相关研究指出，治理谐波可有效减少电力用户维护、折旧电气设备的成本。而治理谐波同样可为供电单位带来经济效益。电网中应用有源滤波器，可使电网电力损耗减少，进而提高电力设备的使用率。
结束语
总之，随着社会电力需求量的增长，人们对电能质量的要求也越来越高，而多种非线性设备的应用增加的谐波的产生，增加了电能质量污染程度。而存在较大优势的有源滤波器能够有效改善电能质量，具有较好的应用前景，其社会效益和经济效益均较大，值得推广应用。
参考文献：
[1]王少杰.高压混合型有源电力滤波器关键技术在工业中的应用研究[D].湖南大学,2012.
[2]李刚.新型并联混合型有源电力滤波器关键技术的研究[D].中南大学,2014.
[3]张峰.有源电力滤波器对电弧炉的无功补偿与谐波抑制研究[D].燕山大学,2013.
[4]陈德,钟志强,何锋.有源电力滤波器在改善电能质量中的研究[J].智能建筑电气技术,2014,15（05）:64-67+70.
论文作者:罗晓蓉
论文发表刊物:《电力设备》2015年第10期供稿
论文发表时间:2016/4/21
标签：滤波器论文; 谐波论文; 电流论文; 电能论文; 电网论文; 电力论文; 质量论文; 《电力设备》2015年第10期供稿论文;