电力电子技术与谐波抑制探讨

摘 要 本文阐述了电力电子技术的发展状况，分析了谐波污染的危害以及抑制措施，并介绍了无功问题和谐波治理中一些新的技术。

关键词 谐波抑制电力电子技术谐波治理

中图分类号：TM714 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）041-163-02

1 谐波的产生和影响

1.1 谐波与无功功率的产生

在用电负载中，阻感负载占了很大一部分，阻感负载要正常的工作就要吸收无功功率。而这些装置中交流侧的电流会因为使用了相控方式而滞后于电压，也就产生了大量的谐波电流。即使一些交流侧电压电流基本相同的装置，但是电流波形的畸变，也会产生谐波电流，导致无功功率被消耗。

纯正弦交流电路中，定义了三种功率，它们的表达式为（P是有功功率，Q是无功功率，S是视在功率）：

P=UIcosφ

Q= UIsinφ

S=UI

三种功率满足关系式：

S2=P2+Q2

有功功率P的表示交流平均功率；视在功率S在工程上表示为电气设备功率中设计的极限值，它当中的额定电流由铜耗和导线的截面积决定；无功功率表示的则是含有储能元件的电路中的一种功率互换的幅度，单相电路与三相电路之间又有一些不同。

在非正弦交流电路中，有功功率和视在功率可以分别表示成：

其中，Un和In分别代表基波和谐波中电压、电流的分别的有效值。

按照纯正弦电路的模式，可以给非正弦电路的无功功率做一个定义：

在这里，Q虽然反应能量的流动交换，但却不体现其的消耗情况。公用电网的电压，波形稳定，畸变很小，而电流的畸变可能却很大，所以在研究过程中，可以将各个功率可以用以下公式表示：

其中，Qf和D分别表示基波电流和谐波电流产生的无功功率。功率因素可以表示成：

在这个式子中，u=I1/I是叫波形畸变因数，cosφ1则被称为位移因数或功率因数。

可以看出，功率因数在非正弦电流电路中除了与基波电流相关，还与谐波大小有关系。所以，电路中的谐波，会使得无功功率增大，从而使功率因数变低，导致电气容量的可利用率下滑，从而损害电网。

1.2 谐波对电网的影响

1）谐波的产生，会使电网设备产生附加的损耗，从而降低供配电以及用电设备的功率。

2）谐波引起的过电压、过电流将会使变压器产生过热现象，这样一来，设备容易老化，使用寿命缩短而且还会损坏。

3）谐波会到这继电保护装置的误操作，是一些测量仪表失效或测量不准确。

4）谐波会在公用电网中引发并联谐振和串联谐振，极易造成安全隐患。

5）谐波的产生，对近处的通信装置产生干扰，导致通信质量下降，造成一些额外损失。

2 对谐波抑制技术的研究

各国在电力技术方面都制定了一些法规或措施来将谐波抑制控制在允许范围，对谐波和谐波电流的合成方法进行了明确说明，为了满足这些要求，要采用一些方法来抑制谐波以及对无功功率进行补偿。

2.1 安装谐波补偿装置

2.1.1 无源滤波器

无源电力滤波器（PPF）在谐波抑制中有很大优势，初期投资比较小，运行效率高，它主要利用电子元件的谐振特性，使得电感或电容在阻抗分流回路中形成低阻抗，但体积大，材料消耗多等，也是它的缺点。

2.1.2 有源滤波器

有源滤波器（APF）与无源滤波器（PPF）相比而言，它能在补偿各次谐波的同时，还能调节三相不平衡电压和抑制闪变；并且它能够对动态的谐波进行跟踪补偿，达到自适应的效果；滤波特性也不受频率与阻抗影响。

因为优势明显，APF技术也是治理电网污染中的一项关键技术，对它的研究比较广泛。根据使用场合分，可分为有源直流和有源交流两类；根据逆变电路储能元件来分，分为电流型与电压型滤波装置，如图1所示：a）为电压型。b）为电流型。

电压型效率高，可任意并联扩容，适用于电网级的谐波补偿，且技术相对成熟，目前使用广泛；电流型结构简单，性能稳定，不适用大容量系统。

通过接入电网的方式来分，还可分为串联型与并联型。并联型的APF，主要功能是消除负载引起的谐波电流，优势是可以多台并联使用，适用于多种容量场合；串联型APF，是通过向电网中加入或减去一个瞬时电压，使负载侧电压维持一个纯正弦波，这种方式使串联型在电压敏感性负载中非常适合，但它负载电流过大，体积较大，没有并联型使用广泛。

有源滤波器的控制策略是滤波技术中最重要的部分，包括直流侧电容电压控制、输出电流跟踪控制，一般来说又可分为开环控制、闭环控制，目前主要采用闭环控制技术，它补偿效果较好。

参考文献

[1]刘玉冰.关于电力电子技术与谐波抑制、无功功率补偿技术的研究[J].科技广场，2007（7）：218-221.

[2]吴任国.电力电子技术及电力系统谐波治理[J].船电技术，2010，30（11）：55-58.

作者简介

蒲恩龙（1986-），男，黑龙江牡丹江人，学历：大学本科，浙江传媒学院电子科学与技术专业。