电网的谐波抑制问题

loren_xia

　　公用电网中的谐波(即谐波电流和谐波电压)，是对电网环境非常严重的污染。
　　电力电子装置是公用电网中最主要的谐波源，随着电力电子装置应用的日益广泛，电网中的谐波污染日趋严重。谐波使电能生产、传输和利用的效率降低;使电气设备过热，产生振动和噪声，并使其绝缘老化，使用寿命降低，甚至发生故障或烧毁;谐波会引起电力系统局部并联谐振或串联谐振，使谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁。谐波还会引起继电器保护和自动装置误动作，使电能计量出现混乱。对于电力系统外部，谐波会对通信设备和电子设备产生严重干扰，而且电力电子装置所产生的谐波污染已成为阻碍电力电子技术自身发展的重大障碍。对电力系统这个环境来说，无谐波是绿色环境的主要标志之一。
　　LC滤波器是传统的无源谐波抑制装置，由滤波电容器、电抗器和电阻器适当组合而成，与谐波源并联，除起滤波作用外，还兼顾无功补偿的需要。这种滤波器出现最早，存在一些较难克服的缺点，但因其结构简单、投资少、运行可靠性较高以及运行费用较低，至今仍是谐波抑制的主要手段。
　　目前，谐波抑制的一个重要趋势是采用有源电力滤波器(Active Power Filter--APF)。它是一种电力电子装置，其基本原理是从补偿对象中检测出谐波电流，由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等而极性相反的补偿电流，从而使电网电流只含基波分量。这种滤波器能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，且补偿特性不受电网阻抗的影响，因而受到广泛的重视，并且已在日本等国获得广泛应用。有源电力滤波器的基本思想在20世纪六、七十年代就已经形成，80年代以来，大中功率全控型半导体器件的成熟、脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation--PWM)控制技术的进步以及基于瞬时无功功率理论的谐波电流瞬时检测方法的提出，使有源电力滤波器才得以迅速发展。
　　有源电力滤波器经多年的使用发展后，产生了与LC滤波器混合使用方式。其基本思想是利用LC滤波器来分担有源电力滤波器的部分补偿任务。由于LC滤波器比之有源电力滤波器有结构简单、易实现且成本低的优点，而有源电力滤波器则有补偿性能好的优点，两者结合使用时，既可克服有源电力滤波器容量大、成本高的缺点，又可使整个系统获得良好的性能。这以后，为了降低有源电力滤波器的容量，又产生了有源滤波器的其他使用方式，如LC并联谐振型注入电路方式以及与旋转电机并用方式。