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【摘 要】随着电力电子技术的飞速发展,大量非线性负载广泛应用,谐波污染问题逐渐受到了高度重视,做为治理谐波最有效的方案――有源电力滤波器（APF）成为了国内外研究热点.本文通过对谐波的产生原因与危害、波抑制与无功补偿和APF的基本工作原理及发展应用,简要阐述APF在谐波治理中的应用前景.
【关 键 词】谐波,有源电力滤波器,应用
一、谐波研究背景
当代世界电力工业中,几乎都采用交流供电方式.在理想情况下,电源以单一且固定频率（50HZ或60Hz）向电网提供正弦变化的电压.电网可以视为一个线性系统,系统中各个点的电压,电流会和电源有相同频率的正弦变化,这些电气量只存在幅值和相位的不同.但随着电力电子技术的发展,电力系统中非线性负荷快速增加,实际系统已经不能近似为理想系统,直接的表现形式就是电压、电流出现了波形的周期性畸变.从频域分析的角度就是说,这些电压,电流的波形之中不仅包含了与电源相同频率的基波正弦分量,还有一系列频率是基波频率整数倍的高频正弦分量.这些高频分量统称为电力系统谐波,当电力系统中谐波含量过高时,也可以说存在较重的谐波污染时,电网的安全性和可靠性将会受到威胁,而传统的理论或方法（如正弦电路向量分析法等）也无法应用.因此,电力谐波已经成为世界各国政府,科学界广泛关注的问题,谐波的研究是很有意义的.
二、谐波产生原因与危害
随着我国改革开放的不断深化,现代电力电子变换技术产品等非线性负载的普及应用,一方面是科技发展的表现,另一方面却对电网产生了诸如谐波含量和无功功率增高的不利影响,这使得电网污染成为日益突出的严重问题,因此需要“实施绿色电力电子、打造绿色电网”,就必须首先解决电网污染的这个难题.根据相关的电路知识,负载的电流与加在两端的电压不呈线性关系,从而形成了非正弦的电流,这些非正弦的电流中就包含有谐波,所以可以得出结论：非线性负载是产生谐波的根本原因.关于电网中谐波的来源,可以概括为以下三个方面：
（一）由于发电源质量问题从而产生谐波,这是因为在制作发电机内部的三相绕组时,几乎不可能做到绝对对称,同样发电机内部的铁心也不会绝对的均匀一致.
（二）输电网以及配电网中由于电力变压器的存在,会不可避免的产生谐波.
（三）由用电设备所产生的谐波,这些用电设备主要是指非线性负载.
电力系统中的谐波会造成许多危害和负面影响,这些危害以及负面影响可以概括为以下几个方面：
（一）电网中各个元件由于谐波产生了附加损耗,降低了输电,用电效率.
谐波会对继电保护装置,自动控制装置等形成干扰甚至造成误动.（三）谐波可能会在电网局部引起串联谐振或并联谐振,谐波电流将放大几倍甚至几十倍,严重威胁电气设备安全并诱发事故.
（四）电气测量仪表会因谐波产生计量误差,给供电部门和用户造成直接经济损失.
三、波抑制与无功补偿装置
想要解决电网谐波污染的问题,主要的解决方案可以从两个方面入手：一是减少谐波的产生,另一个方法是安装谐波补偿装置用来补偿谐波,此方法对于各种谐波源都是适用的,哪里有消耗就在哪里产生补偿,这个浅显易懂的道理可以视作无功功率补偿方法的基本原理,常用的无功补偿装置主要有以下四类：同步调相机、开关投切固定电容、静止无功补偿器、静止无功发生器.一方面,一种设备或者装置会产生出谐波,那么很有可能它也会消耗无功功率,另一方面,在抑制谐波的同时往往也可以起到补偿无功的作用,因此将无功补偿与谐波抑制的研究结合起来,在现阶段看来是十分有必要的.谐波是原本正弦的信号发生了畸变,无功功率使得同相位的电压与电流出现了相位差,这些现象在物理学中都可以视作为波形问题,可以用综合补偿的方法来处理电力系统中的谐波和无功功率问题,有源电力滤波器就是一种同时集合了谐波抑制和无功补偿功能的新型装置.
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四、有源电力滤波器的起源、发展
APF的基本思想最早可以追溯1969年Bird和Marsh发表的论文,文中完整地提出具有功率处理能力的有源电力滤波器的概念,这可看作是APF基本思想的萌芽.首次完整地描述APF工作的基本原理的学者是H.Sasaki和T.Machida.1976年美国西屋公司的L.Gyuig正式提出了APF的方案,他所说的APF是采用大功率晶体管PWM逆变器结构,其基本原理就是通过逆变产生与谐波电流等值反向的电流,并注入电网,从而达到滤除谐波,净化电网的目的.
上世纪八十年代末,并联型APF、混合型APF、串联混合型APF等多种拓扑结构的有源电力滤波器相继出现.上世纪九十年代中期至本世纪初,自适应、神经网络、滑模控制、重复控制、遗传算法等现代智能控制方法得到了长足地发展.近几年来,研究APF技术逐渐成为热点,美日等国已经有许多大容量APF相继投入到工业应用中,在谐波抑制以及无功补偿方面都取得良好的效果.
五、APF的原理及分类
并联型的APF主要由电流检测电路以及电流补偿电路两大部分组成,将电路负载电流中的谐波分量以及无功电流分量检测出来是电流检测电路的任务,电流补偿电路通过对逆变电路进行控制,使其产生与谐波电流以及无功电流反向的补偿电流,从而实现补偿电路中由非线性负载所引起负载电流中的谐波分量和无功电流分量的目的.按照接入电网的方式,有源电力滤波器又可以分为并联型有源电力滤波器、串联型有源电力滤波器和混合型有源电力滤波器.并联型有源电力滤波器结构是最简单、最基本的APF,主电路由逆变器构成,它与电网电压构成并联关系,通过向电网中注入与检测所得谐波大小相等、相位相差1800的电流信号,将电网中的谐波抵消,实现将非线性负载所产生的谐波滤除,达到净化电网的目的.并联型APF思路清晰,容易实现,因此应用最多.串联型有源电力滤波器用于补偿电压谐波.串联型APF以串入电网的方式向电网中注入谐波电压信号,实现将电网电压变为标准正弦波.但在实际应用中,安装、维护相对复杂,费用较高.
混合型有源电力滤波器,它是将串联型、并联型APF混合起来使用,混合型有源电力滤波器不仅包括串、并联的混合,还包括有源电力滤波器与无源滤波器的混合,混合型APF的谐波补偿能力是最强的,但是从结构上可以很容易知道,混合型APF需要大量的电力电子器件,安装、使用和维护都非常复杂,使用很不方便,尤其是成本太高,性价比很低,因此使用并不广泛.谐波污染问题向电网供电质量提出了严峻的挑战,本文对电网中存在的谐波以及无功功率的起因、危害、治理措施进行了较为详细地阐述,最后找到了可以同时实现谐波治理和无功功率补偿的功能的办法,那就是应用APF,因此,APF有着广泛的应用空间.
怎么写有源电力滤波器毕业论文
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参考文献
[1]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,2004.
[2]吴勇.有源电力滤波器若干关键技术
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