劉玖增

摘 要：濾波器是抑制配電網(wǎng)絡(luò)中諧波的主要設(shè)備。在現(xiàn)有技術(shù)條件下，常用濾波器分為無源濾波器和有源濾波器兩種。前者廣泛使用在工廠，礦業(yè)，冶金工業(yè)等場所，后者在民用，學(xué)校，商場，醫(yī)院等有較為廣泛的使用。本文是對諧波的危害，及濾波器使用的原理和狀況進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：諧波；濾波器；配電網(wǎng)

中圖分類號：TU85 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）01-0175-01

1 諧波的危害

諧波是配電網(wǎng)絡(luò)中主要危害之一，且日益嚴(yán)重，可以使設(shè)備加速老化，導(dǎo)線過熱，甚至造成事故。在使用并聯(lián)電容器做補(bǔ)償裝置的配電網(wǎng)中，會引發(fā)電容器的串并聯(lián)諧振，嚴(yán)重的會造成電容器燒毀。據(jù)統(tǒng)計，由于諧波引起的電容器故障占電容器總故障的71～83%[2]。

對很多電子設(shè)備，特別是過零檢測以基波頻率為基準(zhǔn)的設(shè)備，諧波的存在會造成過零誤動作。

而照明設(shè)備中，諧波的不利影響尤為突出[1]。據(jù)統(tǒng)計，電力系統(tǒng)產(chǎn)生的電能中20%左右由照明設(shè)備消耗。隨著照明技術(shù)的進(jìn)步和環(huán)保節(jié)能經(jīng)濟(jì)的倡導(dǎo)，傳統(tǒng)照明設(shè)備（如白熾燈，普通熒光燈等）由于高耗能，低效率已經(jīng)漸趨淘汰，取而代之的是普通電子熒光燈，緊湊型熒光燈（CFL，即節(jié)能燈），高壓氣體放電燈（HID燈）和LED燈等新型照明設(shè)備。這些照明設(shè)備在提高照明質(zhì)量，改善生活環(huán)境的同時，由于其“非線性照明電路”的特點，也帶來了無法忽視的諧波問題，比如中性線電流過大，導(dǎo)線外皮過熱導(dǎo)致的老化，甚至引發(fā)火災(zāi)等。因此，抑制諧波的不利影響應(yīng)該給予高度的重視。

2 濾波器的分類和原理簡述

在實踐中，抑制配電網(wǎng)絡(luò)諧波的措施主要是使用濾波器，大致分為兩種：（1）無源濾波器（PF）；（2）有源濾波器（APF）。

（1）無源濾波器（PF）由電容器，電抗器和電阻組成，且和諧波源并聯(lián)。通過選擇特定的的電感電容參數(shù)，使濾波器的諧振頻率與諧波頻率相等，形成低阻抗通路，則該頻次的諧波電流大部分通過濾波器，從而起到濾除該頻次諧波的作用[1]。

無源濾波器分為單調(diào)諧濾波器，雙調(diào)諧濾波器，高通濾波器。

1）單調(diào)諧濾波器又稱一階單調(diào)諧濾波器，它的優(yōu)點是濾波效果好，結(jié)構(gòu)簡單，價格低；缺點是電能損耗比較大，但隨著品質(zhì)因數(shù)的提高，能耗反而會減小，同時又隨著諧波次數(shù)的減小而增加。民用建筑配電網(wǎng)絡(luò)中，特別是照明電路中正好是低次諧波，主要是2-7次，因此基波損耗較大。二階單調(diào)諧濾波器品質(zhì)因數(shù)在50以下時，基波損耗可以減少20-50%，屬于節(jié)能型。三階單調(diào)諧濾波器是損耗最小的濾波器，但電路及電器元件組成復(fù)雜，投資也高。

2）高通（寬頻）濾波器，一般用于某次及以上的諧波抑制。對于配電網(wǎng)中5次以上諧波，通過調(diào)整參數(shù)，可以形成對5次及以上諧波的低阻抗通路。

實際中因為各次諧波存在復(fù)合疊加的情況，所以通常采用幾組單調(diào)諧濾波器和一組高通濾波器組成一套濾波裝置。無源濾波器（PF）雖然具有成本低，可靠性高等優(yōu)點，但它也具備濾除特定頻次諧波，無法動態(tài)跟蹤諧波并進(jìn)行濾除，而由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)問題，對于某些次諧波反而會產(chǎn)生放大的特點，甚至?xí)拖到y(tǒng)阻抗產(chǎn)生諧振現(xiàn)象。因此適用于大容量且功率因數(shù)較低，對諧波要求不高的場合，如鋼鐵，冶金，煤礦等工業(yè)場所。

（2）有源濾波器（APF）是利用可控功率半導(dǎo)體器件，向電網(wǎng)注入與諧波源電流幅值相等，相位相反的電流，使疊加后的電源總諧波電流接近甚至達(dá)到零，實現(xiàn)實時補(bǔ)償諧波電流的目的。有源濾波器一般是由動態(tài)監(jiān)控電路和補(bǔ)償電路組成。其中動態(tài)監(jiān)控電路檢測補(bǔ)償對象電流中的諧波和無功分量，根據(jù)需要發(fā)出補(bǔ)償電流指令，該指令經(jīng)補(bǔ)償電流發(fā)生電路放大，和負(fù)載電流中要補(bǔ)償?shù)闹C波及無功電流相抵消，從而實現(xiàn)有源濾波和無功補(bǔ)償[2][3]。

在濾除效果來看，有源濾波器效果極佳，通?？梢詾V除總諧波的90%甚至95%以上，無源濾波器通常只能達(dá)到50%，最高約為70-80%[1]。

如圖1所示，APF（有源濾波器）實時檢測負(fù)載側(cè)電流中的諧波和無功分量，根據(jù)檢測結(jié)果實時發(fā)出和諧波電流相位相反，幅值相等的補(bǔ)償電流，與諧波電流相疊加后，消除諧波電流（負(fù)載畸變電流），從而實現(xiàn)電網(wǎng)側(cè)電流基本為基波電流[3]。

2）有源濾波器的單套容量不超過100KVA，但在無法確定準(zhǔn)確容量時，通常先對負(fù)載諧波情況進(jìn)行測量，依據(jù)測量的總諧波電流值，再加上30-50%裕量，選擇有源濾波器的實際容量。

3）有源濾波器不易受電網(wǎng)阻抗，頻率變化的影響，維護(hù)簡單，體積小，重量輕，濾波效率高，但造價偏高。

4）為了降低成本，也可選用無源濾波器與有源濾波器相結(jié)合的混用方案，其中無源濾波器用以濾除含量較大的低次諧波，有源濾波器用以濾除含量較小的高次諧波并進(jìn)行無功補(bǔ)償。

總的來講，有源濾波器克服了無源濾波器的缺點，同時還可以補(bǔ)償各次諧波，抑制閃變，補(bǔ)償無功，有一機(jī)多能的特點。且不受電網(wǎng)阻抗和電網(wǎng)頻率變化的影響，在配電網(wǎng)絡(luò)受到照明等非線性設(shè)備的諧波干擾時，是抑制措施的首選。但由于硬件的原因，容量有限，無法在工業(yè)類部門廣泛英語，只適用于電信，醫(yī)院，學(xué)校等用電功率較小且諧波頻率較高的單位。

3 結(jié)語

隨著時代的發(fā)展，大量非線性用電設(shè)備，如LED燈，節(jié)能燈等大量使用的今天，諧波污染日益嚴(yán)重，影響配電網(wǎng)絡(luò)的供電質(zhì)量和設(shè)備正常使用，由諧波引起的導(dǎo)線發(fā)熱甚至可以引發(fā)火災(zāi)，所以諧波抑制解決措施尤為關(guān)鍵。本文對配電網(wǎng)絡(luò)的諧波濾波常用手段，如無源濾波器和有源濾波器進(jìn)行了探討，并比較了兩者的特點和實際應(yīng)用狀況。

參考文獻(xiàn)

[1]晏浚博.《民用建筑照明諧波研究》[D].北京建筑大學(xué)，2014.

[2]李詠梅.《低壓配電網(wǎng)諧波分析》[D].廣西大學(xué)，2005.

[3]上海安瑞電氣股份有限公司.《APF有源電力濾波裝置》[M].2014.endprint