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[摘 要]随着电力电子技术的发展，人民生活水平的提高，接入电网的非线性、不对称负荷日益增多。随着社会经济的高度现代化发展，人们对于电能质量和供电可靠性的要求日趋严格，解决谐波污染和提高电能质量的问题越来越得到关注，本文主要介绍了谐波治理技术的种类和优缺点及适用范围。
[关键词]电能质量、谐波、有源滤波、无源滤波
中图分类号：TD61 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2017）38-0228-01
1、引言
随着电力电子技术的飞速发展，电力电子设备的广泛应用，以及大功率非线性、冲击性和不对称性负荷大量的接入电网，使得公用电网的谐波源日益增多，过去几年在国内外曾经发生的大面积停电事件和电力设施损毁给社会经济发展和人民群众生活造成了严重的影响，因此，国家对供电可靠性和电能质量的要求不断提高，这使得电能质量治理产品以及相应的电力成套设备在公用电网的应用得到快速发展。
解决谐波污染的问题除了除了对电力电子设备本身进行改造以外，还可以装设谐波抑制和谐波补偿装置来消除谐波。目前谐波治理方式主要有两大类：一类是有源滤波方式，一类是无源滤波方式。
2、谐波治理技术
2.1 有源滤波
有源滤波器（Active Power Filter，简称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。是解决电力系统中具有暂态和冲击特性的无功、谐波及三相不平衡等问题的有效方法之一[1]。
2.1.1 有源滤波器的基本原理
有源电力滤波器，是采用现代电力电子技术和基于高速DSP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。其中，指令电流运算电路的核心是检测出补偿对象电流中的谐波和无功等电流分量。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，主动消除电力谐波。如图1所示。
由于有源滤波存在的不足和缺陷，目前国内市场上主要以无源滤波为主。随着电力电子技术的进步，有源电力滤波器以其巨大的技术优势、强大功能、逐渐下降的价格，必将最终取代传统的电容型无功补偿装置，占据市场主流。
2.1.2 分类
有源滤波分低通滤波（LPF）和高通滤波（HPF）
2.1.3 优缺点
（1）优点：可动态滤除各次谐波，对系统内的谐波能够完全吸收；不会产生谐振。
（2）缺点：造价太高；受硬件限制，在大容量场合无法使用：有源滤波容量单套不超过100KVA，目前最高适用电网电压不超过690V。
2.2 无源滤波
无源滤波器，又称LC滤波器，是利用电感、电容和电阻的组合设计构成的滤波电路，可滤除某一次或多次谐波，最普通易于采用的无源滤波器结构是将电感与电容串联，可对主要次谐波（3、5、7）构成低阻抗旁路；单调谐滤波器、双调谐滤波器、高通滤波器都属于无源滤波器。
2.2.1 无源滤波的基本工作原理
无源滤波器由LC等被动元件组成，将其设计为某频率下极低阻抗，对相应频率谐波电流进行分流，其行为模式为提供被动式谐波电流旁路通道。
2.2.2 分类
通常无源滤波按投切方式分为：延时投切（即“静态”补偿）、瞬时投切（即“动态”补偿）和混合投切（即动态与静态补偿的混合）
（1）延时投切方式
延时投切方式即人们俗称的“静态”补偿方式。这种投切依靠于传统的接触器动作。而且用于投切电容的接触器是专用的投切电容接触器，它具有抑制电容涌流的作用。延时投切的目的在于防止接触器过于频繁的动作时，电容器造成损坏，更重要的是防备电容不停的投切导致供电系统震荡。
（2）瞬时投切方式
瞬时投切方式是人们俗称的“动态”补偿方式。应该说它是半导体电力器件与数字技术综合的技术结晶。实际就是一套快速随动系统，控制器一般能在半个周波至一个周波内完成采样、计算，在2个周期到来时，控制器已经发出控制信号了，通过脉冲信号使晶闸管导通，投切电容器组大约20～30毫秒内就完成一个全部动作，这种控制方式是机械动作的接触器累无法实现的。动态补偿方式作为新一代的补偿装置有着广泛的应用前景。
（3）混合投切方式
混合投切方式实际上就是静态与动态补偿的混合，一部分电容器组使用接触器投切，而另一部分电容器组使用电力半导体器件投切。这种方式在一定程度上可以做到优势互补，但就其控制技术，目前还未见到完善的控制软件。
2.2.3 优缺点
（1）延时投切方式
a、优点：技术成熟，价格低廉，工作可靠，在一般场合补偿效果良好。所以使用很广泛。
b、缺点：反应慢，对于负载波动大的设备无法补偿。静态补偿因成本限制，通常没有分补功能表。
（2）瞬时投切方式
a、优点：反应快，补偿效果好，特别适用于负载波动剧烈的场合。动态补偿通常还有分补功能，可以对不平衡的负载做良好的补偿。
b、缺点：价格高，可靠性还不够，自身耗能很大。在负载比较稳定的场合没有优势。
在无功功率补偿装置的应用方面：选择哪一种补偿方式，还要依电网的状况而定，首先对所补偿的线路要有所了解，對于符合较大且变化较快的工况，电焊机、电动机的线路采用动态补偿，节能效果明显。对于符合相对平稳的线路硬采用静态补偿方式，也可以使用动态补偿装置。
3 小结
本文分析了谐波治理的几种方式，详细阐述了各种谐波治理方式适用的不同环境及各自优缺点，为我们今后对配电系统无功补偿装置的选用和维护提供了借鉴。同时，加强电能质量的管理，采取一切可以采取的措施，提高电能质量，实现节能降损，是电力部门和电力用户的共同利益和责任。
参考文献
[1] 肖湘宁，等.电能质量分析与控制.中国电力出版社，2004，2.
[2] 林海雪.现代电能质量的基本问题.电网技术，2001，10期.
[3] 林海雪.电力系统的三相不平衡（电能质量技术丛书<第五分册>）.中国电力出版社，1998，5.
[4] 李群，蒋平.电能质量与节能技术.中国电力出版社，2008，4.
[关键词]电能质量、谐波、有源滤波、无源滤波
中图分类号：TD61 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2017）38-0228-01
1、引言
随着电力电子技术的飞速发展，电力电子设备的广泛应用，以及大功率非线性、冲击性和不对称性负荷大量的接入电网，使得公用电网的谐波源日益增多，过去几年在国内外曾经发生的大面积停电事件和电力设施损毁给社会经济发展和人民群众生活造成了严重的影响，因此，国家对供电可靠性和电能质量的要求不断提高，这使得电能质量治理产品以及相应的电力成套设备在公用电网的应用得到快速发展。
解决谐波污染的问题除了除了对电力电子设备本身进行改造以外，还可以装设谐波抑制和谐波补偿装置来消除谐波。目前谐波治理方式主要有两大类：一类是有源滤波方式，一类是无源滤波方式。
2、谐波治理技术
2.1 有源滤波
有源滤波器（Active Power Filter，简称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。是解决电力系统中具有暂态和冲击特性的无功、谐波及三相不平衡等问题的有效方法之一[1]。
2.1.1 有源滤波器的基本原理
有源电力滤波器，是采用现代电力电子技术和基于高速DSP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。其中，指令电流运算电路的核心是检测出补偿对象电流中的谐波和无功等电流分量。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，主动消除电力谐波。如图1所示。
由于有源滤波存在的不足和缺陷，目前国内市场上主要以无源滤波为主。随着电力电子技术的进步，有源电力滤波器以其巨大的技术优势、强大功能、逐渐下降的价格，必将最终取代传统的电容型无功补偿装置，占据市场主流。
2.1.2 分类
有源滤波分低通滤波（LPF）和高通滤波（HPF）
2.1.3 优缺点
（1）优点：可动态滤除各次谐波，对系统内的谐波能够完全吸收；不会产生谐振。
（2）缺点：造价太高；受硬件限制，在大容量场合无法使用：有源滤波容量单套不超过100KVA，目前最高适用电网电压不超过690V。
2.2 无源滤波
无源滤波器，又称LC滤波器，是利用电感、电容和电阻的组合设计构成的滤波电路，可滤除某一次或多次谐波，最普通易于采用的无源滤波器结构是将电感与电容串联，可对主要次谐波（3、5、7）构成低阻抗旁路；单调谐滤波器、双调谐滤波器、高通滤波器都属于无源滤波器。
2.2.1 无源滤波的基本工作原理
无源滤波器由LC等被动元件组成，将其设计为某频率下极低阻抗，对相应频率谐波电流进行分流，其行为模式为提供被动式谐波电流旁路通道。
2.2.2 分类
通常无源滤波按投切方式分为：延时投切（即“静态”补偿）、瞬时投切（即“动态”补偿）和混合投切（即动态与静态补偿的混合）
（1）延时投切方式
延时投切方式即人们俗称的“静态”补偿方式。这种投切依靠于传统的接触器动作。而且用于投切电容的接触器是专用的投切电容接触器，它具有抑制电容涌流的作用。延时投切的目的在于防止接触器过于频繁的动作时，电容器造成损坏，更重要的是防备电容不停的投切导致供电系统震荡。
（2）瞬时投切方式
瞬时投切方式是人们俗称的“动态”补偿方式。应该说它是半导体电力器件与数字技术综合的技术结晶。实际就是一套快速随动系统，控制器一般能在半个周波至一个周波内完成采样、计算，在2个周期到来时，控制器已经发出控制信号了，通过脉冲信号使晶闸管导通，投切电容器组大约20～30毫秒内就完成一个全部动作，这种控制方式是机械动作的接触器累无法实现的。动态补偿方式作为新一代的补偿装置有着广泛的应用前景。
（3）混合投切方式
混合投切方式实际上就是静态与动态补偿的混合，一部分电容器组使用接触器投切，而另一部分电容器组使用电力半导体器件投切。这种方式在一定程度上可以做到优势互补，但就其控制技术，目前还未见到完善的控制软件。
2.2.3 优缺点
（1）延时投切方式
a、优点：技术成熟，价格低廉，工作可靠，在一般场合补偿效果良好。所以使用很广泛。
b、缺点：反应慢，对于负载波动大的设备无法补偿。静态补偿因成本限制，通常没有分补功能表。
（2）瞬时投切方式
a、优点：反应快，补偿效果好，特别适用于负载波动剧烈的场合。动态补偿通常还有分补功能，可以对不平衡的负载做良好的补偿。
b、缺点：价格高，可靠性还不够，自身耗能很大。在负载比较稳定的场合没有优势。
在无功功率补偿装置的应用方面：选择哪一种补偿方式，还要依电网的状况而定，首先对所补偿的线路要有所了解，對于符合较大且变化较快的工况，电焊机、电动机的线路采用动态补偿，节能效果明显。对于符合相对平稳的线路硬采用静态补偿方式，也可以使用动态补偿装置。
3 小结
本文分析了谐波治理的几种方式，详细阐述了各种谐波治理方式适用的不同环境及各自优缺点，为我们今后对配电系统无功补偿装置的选用和维护提供了借鉴。同时，加强电能质量的管理，采取一切可以采取的措施，提高电能质量，实现节能降损，是电力部门和电力用户的共同利益和责任。
参考文献
[1] 肖湘宁，等.电能质量分析与控制.中国电力出版社，2004，2.
[2] 林海雪.现代电能质量的基本问题.电网技术，2001，10期.
[3] 林海雪.电力系统的三相不平衡（电能质量技术丛书<第五分册>）.中国电力出版社，1998，5.
[4] 李群，蒋平.电能质量与节能技术.中国电力出版社，2008，4.