1、前言
在电力系统中，正常的电压和电流波形应当是频率为50Hz的正弦波，但是实际的波形总有不同程度的畸变，这就是谐波所致。随着电力技术的飞速发展，谐波所造成的危害也日趋严重，谐波污染已成为阻碍电力技术发展的重大障碍之一 [ 1 ]。
电力系统中谐波的产生大致有三种来源：( 1)来源于发电机。发电机由于三相绕组在制作上很难做到绝对对称，铁心也很难做到绝对均匀一致，以及其他一些原因，发电机多少也会产生一些谐波，但一般来说很少； (2)来源于输配电系统。输配电系统中主要是电力变压器产生谐波，由于变压器含有铁心，铁心具有磁饱和性，铁心饱和后是非线性的，变压器铁心常工作在磁通密度较高的区段，磁化曲线更陡，更易产生谐波。据统计由电力变压器产生的谐波中，其中的3次谐波电流可达额定电流的15%；( 3)来源于各种电气设备。主要包括一些电力电子整流设备，变频装置，电弧炉、电石炉，气体放电类电光源等等。据统计，由整流装置产生的谐波占电力系统所有谐波的近40%，这是最大的谐波源。
本文根据谐波产生的特点，总结了抑制谐波的措施，分析无源滤波装置和有源滤波装置在谐波治理中的应用。分析了目前有源滤波器的主要研究方向及有源滤波器设计的一种新思路。
2、谐波治理
2.1 谐波治理的标准
谐波的危害和影响引起了世界各国高度重视，为了保证电网和用电设备的安全、稳定、经济运行，目前许多国家、国际组织以及一些大电力公司都制定了相应的谐波标准。
GB/T14549-1993 《电能质量：公用电网谐波》[ 2 - 3]
GB/T15543-2008 《电能质量：三相电压允许不平衡度》
GB/T12325-2008 《电能质量：供电电压允许偏差》
GB/T12326-2008 《电能质量：电压波动和闪变》
GB/T18481-2001 《电能质量：暂时过电压和瞬态过电压》
GB/T15945-2008 《电能质量：电力系统频率允许偏差》
GB7625.1-1998 《低压电气电子产品发出的谐波电流限值》
GB/T15576-1995 《低压无功功率静态补偿装置总技术条件》
各谐波标准宗旨大同小异，都是基于以下三个目的：
(1)将电力系统电流和电压波形的畸变控制到系统及其所接设备能够允许的水平。
(2)以符合用户需要的电压波形向用户供电。
(3)不干扰其他系统(如通讯系统)的正常工作。
2.2 谐波治理的措施
针对谐波产生的特点谐波治理的措施主要有以下3种形式：(1)主动治理，即从谐波源出发，使谐波源不产生谐波或降低谐波源产生的谐波； (2)受端治理。即从受到谐波影响的设备或系统出发，提高它们的抗谐波干扰能力； (3)被动治理，即外加滤波装置，阻止谐波源产生的谐波注入电网，或者阻止电力系统的谐波流入负载端。
目前应用较广的是采用被动治理的措施，外加滤波装置。目前主要方式为无源滤波器和有源滤波器，以阻止谐波源产生的谐波注入电网，或者阻止电力系统的谐波流入负载端。
虽然无源滤波器具有投资少、效率高、结构简单及维护方便等优点，在现阶段广泛用于配电网中，但由于滤波器特性受系统参数影响大，只能消除特定的几次谐波，而对某些次谐波会产生放大作用，甚至谐振现象等技术缺陷，随着电力电子技术的发展，人们将滤波研究方向逐步转向有源滤波器。
相比无源滤波器，有源滤波器具有以下优点：
(1)滤波性能不受系统阻抗的影响。
(2)不会与系统阻抗发生串联或并联谐振，系统结构的变化不会影响治理效果。
(3)原理上比PPF更为优越，用一台装置就能完成各次谐波的治理。
(4)可实现动态治理，能够迅速响应谐波的频率和大小发生的变化。
(5)由于装置本身能完成输出限制，因此即使谐波含量增大也不会过载。
(6)具备多种补偿功能，可以对无功功率和负序进行补偿。
(7)谐波补偿特性不受电网频率变化的影响。
(8)可以对多个谐波源进行集中治理。
安科瑞公司ANAPF系列有源电力滤波装置作为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，其应用可克服LC滤波器等传统的谐波抑制和无功补偿方法的缺点（传统的只能固定补偿），实现了动态跟踪补偿，而且可以既补谐波又补无功，是谐波治理和无功补偿的最佳选择，是确保电网稳定运行的有力保障。
4、ANAPF有源电力滤波装置的应用
有源电力滤波器可广泛应用于工业、商业和机关团体的配电网中，如：电力系统、电解电镀企业、水处理设备、石化企业、大型商场及办公大楼、精密电子企业、机场/港口的供电系统、医疗机构等。根据应用对象不同，ANAPF系列有源电力滤波装置的应用将起到保障供电可靠性、降低干扰、提高产品质量、增长设备寿命减少设备损坏等作用。
4.1 主要应用范围及场合
1）机场：主控室、计算机房、广播系统、EIB灯光调光系统等。
2）医院：ICU（重症监护室）、MRI（磁共振成像）、手术室、医学成像室、放疗科等。
3）剧场、体育馆：解决由于谐波造成的EIB调光设备及其它控制设备的损坏。
4）学校：精密实验室、机房、网络中心等。
5）研究所：精密仪器、机房、高精密设备集中区域等。
6）大型商场：解决由于节能灯大量应用造成的谐波问题。
7）银行：计算机中心、营业部计算机、安防系统等。
8）税务、工商：大型计算机中心等。
9）电信机房：移动基站
10）工厂：生产线的PLC、计算机控制设备、高精度机床、PCS系统、计量/称重系统等。
11）电视台：图像设备、调光设备、计算机等。
4.2 ANAPF有源电力滤波装置应用实例
- 项目背景
某企业是一家单晶硅制造企业。单晶硅建设项目具有巨大的市场和广阔的发展空间。近年来，各种晶体材料，特别是以单晶硅为代表的高科技附加值材料及其相关高技术产业的发展，成为当代信息技术产业的支柱，并使信息产业成为全球经济发展中增长最快的先导产业。其生产工艺多分熔融加热或直流加热，由于采用半导体可控整流方式，本身工作过程中会产生非常大量的电流谐波，对电网造成谐波污染，这些谐波使得精密仪器精度失准甚至误动作，破坏了系统的无功补偿，造成系统供电损耗的增加及损坏补偿电容器等，对于单晶硅复杂的生长过程以及后期的精密加工流程都造成非常大的影响，因此电网的品质间接决定着单晶硅成品材料的品质，几乎所有的单晶硅制造生产线都面临谐波问题
从现场测试的有源滤波器投入前后的数据可以看出，有源滤波器投入运行后，电压和电流谐波明显降低，电压谐波由原来的4.7%降到2.4%，电流谐波由原来的18.4%降到5.0%，谐波电流有效值从273A下降到63A，三相电压和三相电流波形均得到明显改善，从根本上消除了谐波的影响，保障了单晶硅生产的质量，该企业决定在后期改建工程中全部采用ANAPF有源滤波器。
5、结束语
谐波治理是电能质量问题的核心内容之一，也是现代电力生产发展的迫切需要。有源电力滤波器经过二、三十年的发展已成为补偿电力系统谐波及无功功率的重要装置[ 4 – 5 ]。目前在实际应用中，并联型APF是比较成熟的拓扑结构，是优选的方案；串联型APF电路在工作时需流过全部的正常负载电流，损耗比较大，而且投切、故障后退出及各种保护电路也比较复杂；串、并联型APF当前的主要问题是控制复杂，造价高。
从近年来的研究和应用中可以看出，APF具有如下的发展趋势：
(1)通过采用PWM调制和提高开关器件等效开关频率的多重化技术，实现对高次谐波的有效补偿；
(2)采用APF和PF组成的混合型滤波系统，以减少APF的容量，降低成本，提高效率；
(3)随着半导体器件制造水平的迅速发展，混合型滤波系统低成本的优势将逐渐消失，而并联APF由于其功能强大、性价比高，将是很有发展前途的有源滤波装置；
(4)随着电力电子器件耐压水平的提高和对电能质量的日益重视，APF也将在工业系统的高压领域得到广泛应用。
随着我国电力事业的发展，电能质量的要求将不断提高，利用APF进行电能质量治理有着巨大的市场潜力。特别是在补偿谐波、无功功率，以及中线电流、不平衡电流等方面，有源滤波技术必将拥有更加广阔的应用前景。
