随着国内外电力电子技术的发展，大量由电力电子开关构成的、具有非线性特性的用电设备广泛应用于冶金、钢铁、交通、化工等工业领域，如电解装置、电气机车、轧制机械、高频炉等，故国内外电网中的谐波污染状况日益严重。美国电力科学研究院EPRI最近的报告指出，全美因谐波等电能质量损失达几百亿美元。电网中的高次谐波会造成旋转电机和变压器过热，使电力电容器组工作不正常，甚至造成热击穿损坏;对电力系统中的发电机、调相机、继电保护自动装置和电能计量等也有很大危害，严重时会引发设备误动作，造成重大事故;谐波污染对通信、计算机系统、高精度加工机械，检测仪表等用电设备也有严重的干扰。因此，必须采取有效的措施来消除电网中的高次谐波。

　　在低压配电网中这些谐波污染问题显得尤为突出，严重影响到各种类大型厂矿的正常生产，如钢铁、煤矿、化工、纺织等企业，以及IT和大规模微电子集成电路企业，造成产品报废，生产线停产，生产设备的寿命骤减甚至损坏。

　　谐波使电网中串、并联设备产生谐波损耗，降低发电、输电及用电设备的效率，大量的三次谐波电流流过中线时会使线路过热甚至发生火灾。谐波对计算机和数控设备具有很大危害，可以影响程序运行，破坏数据，使信息丢失，导致控制系统误动作。谐波能够影响各种电气设备的正常运行，对电机、变压器、电容器、电缆等设备造成振动、过热、绝缘老化，严重影响设备的使用寿命甚至直接造成设备损坏。

　　例如汽车厂在生产中所产生的谐波直接影响电网，且谐波的干扰使自动化生产系统无法正常工作。这些谐波污染问题带来的严重经济损失以及随着电力市场的发展趋势，政府、企业和个人用户对电能质量越来越重视，产生谐波污染的用户需要相应的设备减轻或消除其对周边电力系统的影响，电力运行管理部门也会加强对相关企业的监督管理。显然上述配电网用户都是本产品的目标市场。

　　根据国内经济发展的现状，我国在有源滤波器方面的需求在近些年将有较大的增长。谐波问题已成为当前电力系统面临的主要问题。

　　本产品现已通过科学技术鉴定，科技情报研究所和科学技术鉴定报告均认为：本产品已经达到国际先进水平。因此本产品将立足于国内电网的实际情况，利用我公司的先进技术和设备以及国内较低的制造成本，必将打破该产品为国外公司垄断的局面，并生产出符合中国国情的先进产品，为华北地区以及全国的工业发展带来好的经济效益。

　　谐波的危害

　　1.使旋转电机和变压器过热、振动和噪声，降低变压器额定容量，缩短电机使用寿命

　　2.使电力电容器组工作不正常，甚至造成热击穿损坏

　　3.使线路损失加大、电缆过热、绝缘老化，严重时会使电缆“放炮”

　　4.影响电力系统中的发电机、调相机、继电保护和自动装置，严重时会引发设备误动作，造成重大事故 使电能计量等产生误差

　　5.严重干扰通信、计算机系统、高精度加工机械，检测仪表等用电设备的使用

　　6.大大提高了电网谐振的可能

　　7.损坏电网中敏感设备

　　8.导致中线电流过大，造成中线发热甚至火灾

　　主要应用场合

　　1.变频设备的应用场合

　　随着技术的进步，变频设备大量应用于各类场合，变频设备会产生大量的谐波，因此，这类场合是有源滤波器主要的目标市场之一。

　　2.不稳定负荷的应用场合

　　不稳定负荷不是有源滤波器的主要市场，但它是电力系统一个极其重要的方面，因为不稳定的负荷虽然所占比例不大，但是它们对电力系统产生的影响却远远大于其它负荷所造成的影响，因此对于该类应用场合也应作为有源滤波器的主要市场方向之一。

　　3.钢铁厂

　　钢铁厂的电弧炉、轧钢机等是主要的谐波发生设备，且主要是冲击性负荷，对钢铁厂附近的其它负荷有很大影响。同时，谐波问题对钢铁厂无功补偿的影响很大，所以应以无功补偿和谐波治理同时处理作为目标。

　　4.有色冶金

　　有色冶金的负荷除电弧炉性质的负荷外，还由于采用直流湿法冶金而产生大量的直流成分。

　　5.港口机械

　　港机是大型的提升设备，一般都采用很大的变频器，因此是港口机械主要的谐波发生源，因此对于该类应用场合也应作为有源滤波器的市场方向之一。

　　6.电气化铁路

　　电气化铁路一般使用直流电机拖动，因此是一个市政方面的主要谐波源。根据现有上海、北京等地电气化铁路的运行情况，大多数系统都安装了滤波器。预计本产品可以达到电气铁路滤波器国产化的作用。

　　7.高精度自动化生产线

　　高精度自动化生产线本身不产生谐波，但是对于电能质量有很高的要求，因此需要在高精度自动化生产线的供电侧安装有源滤波器，以降低谐波对生产线的影响

　　8.办公大楼、大型商业区等节能灯和空调集中场所

　　办公大楼、大型商业区等节能灯和空调集中场所的谐波情况也非常严重，治理方法宜采用集中治理方法，以节省成本。


　1 抑制谐波的措施

 

　　为改善非线性负载对电网质量的严重影响，抑制谐波技术措施主要包括以下几种：

 

　　(1)增大供电系统容量。

 

　　(2)采用特殊变压器相角差变换。

 

　　采用△/YnO的方法可以抑制3次和3n次谐波向压侧电网的注入;采用△/Y+△/△移相式变压器可以抑制整流器中的5次、7次谐波;采用K一13特殊变压器还可以同时抑制3-17次谐波对电网的注入。这种方式的一次性投资都比较大，而且由于特殊变压器串联在电网与负载之问，形成了附加阻抗，降低了电网的实际带载能力;当负载发生较大增容时也受到了一定的限制，其结果会使残余次谐波所产生的电压失真度增大。另外，仍无法消除低压侧的3次和3n次谐波在变压器一次侧形成环流，引起变压器发热和损耗。

 

　　(3)增加多桥式整流器的整流脉动数。

 

　　工业生产中可控硅整流器是一种最常见的变流设备，三相全控桥式整流是应用最普通的设备，也是谐波含量较高的设备，在一些有色金属冶炼中，往往采用12脉冲整流器，甚至24脉冲整流器，虽然谐波电流得以一定抑制，但一次性投资仍然很大，并且由于采用的功率电路复杂，设备的可靠性相对降低。

 

　　(4)串联电抗器。

 

　　串联电抗器对平滑谐波电流具有一定的作用，并且电路简单，制造成本低，往往应用在整流器之前，例如：变频器，调光器等。但由于其阻抗较高，损耗较大，因此其抑制谐波的作用受到限制。通常只能使电流失真度(THDI)降低50%左右。

 

　　(5)无源滤波器。

 

　　这是应用较广泛的谐波抑制手段。它是按照希望抑制的谐波次数专门度身定造的，采用电感电容的调谐原理，将高次谐波陷落在滤波器中，以减少对电网的注入。但是这种滤波器对于负载谐波频谱发生变化时，就显得软弱无力了。如果是多台滤波器并联使用或补偿的无功功率与负载的需求不一致，还可能造成供电系统的谐振现象。

 

　　(6)有源滤波装置。

 

　　有源电力滤波器作为一种新型的谐波治理技术，是消除谐波污染、提高电能质量的有效工具。早在20世纪70年代日本学者就提出了用磁补偿消谐方法。但是由于受到功率半导体器件水平的限制，有源电力滤波器还未能进入实用化阶段。随着快速、大功率电力电子开关器件的研制成功，基于瞬时无功理论的瞬时空间矢量法的提出，以及微机控制技术和数字信号处理技术的不断发展，有源滤波技术得到了极大的发展，在工业上得到了广泛的应用。

 

　　2 有源滤波装置的实际应用

 

　　2.1 有源滤波装置的原理及特点

 

　　有源滤波装置通过检测补偿对象的电压和电流，得出与负载电流中的谐波电流大小相等、方向相反的补偿电流，从而使电网的电压、电流恢复为正弦波形。

 

　　有源滤波器具有如下特点：

 

　　(1)实现动态补偿，可对频率和大小均变化的谐波及变化的无功功率进行补偿，对补偿对象的变化有极快的响应速度;

 

　　(2)有源滤波装置是一个高阻抗电流源，它的接入对系统阻抗不会产生影响，因此此类装置适合系列化、规模化生产;

 

　　(3)当电网结构发生变化时装置受电网阻抗的影响不大，不存在与电网阻抗发生谐波的危险，同时还能抑制串并联谐振;

 

　　(4)补偿无功功率时不需要储能元件，补偿谐波时所需要的储能元件不大;

 

　　(5)用同一台装置可同时补偿多次谐波电流和非整流倍次的谐波电流;

 

　　(6)当线路中的谐波电流突然增大时有源滤波器不会发生过载，并且能正常发挥作用，不需要与系统断开;

 

　　(7)装置可以仅输出所需补偿的高次谐波电流，不输出基波无功功率。