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[摘要]本文详细叙述了配电网中谐波产生的原因与危害，综合讨论了配网谐波的防治方法，并阐述了有源电力滤波器的原理和优点，提出了单周控制有源电力滤波器模型。
[关键词]谐波 有源电力滤波器 单周控制
中图分类号：TN713+.8 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）05-0078-01
引言
经济的飞速发展带来供电紧张，为解决供电紧张，一方面要建设许多新的变电站和输电线路，另一方面要高效利用现有的电力资源，减少电力损耗。配电网中的谐波已经成为影响供电质量的重要原因。它不仅影响着电力用户的安全用电，也威胁着配电网络的安全、经济运行。
1.谐波源
非线性设备是谐波产生的根本原因。目前，一般地说配电网中的谐波源可以分为三大类。
（1）现代电力电子装置属于电子开关型非线性设备。主要为各种交、直流换流装置（整流器、逆变器等）以及晶闸管构成的可控开关设备等。这些装置在化工、冶金、电气铁道等大量工矿企业以及家用电器中被广泛使用。
（2）传统性非线性设备属于铁磁饱和型非线性设备。如配电变压器、电抗器等，其铁芯磁饱和特性呈现非线性，这类非线性设备产生的电流往往不是跃变的但可能是不连续的，其中含有一定的谐波成份。
（3）电弧型非线性设备包括各种炼钢电弧炉、交流电弧焊机等。这类非线性谐波源最大的特点就是其非线性特性的随机性。此外，电弧炉不仅会产生谐波，还会产生间谐波，并在配电网中引起闪变和三相不对称等电能质量问题。
2.谐波的危害
（1）对配电网络本身的影响
谐波会对配电网本身的经济、安全运行有很大的影响。主要表现在①谐波可以在配电网中引起谐波谐振，放大谐波电流或产生谐波过电压。②对于采用电缆的配电网，谐波除引起附加损耗外，还可能使电压发生畸变，导致绝缘應力升高，电缆绝缘老化，缩短电缆使用寿命。③谐波会对配电变压器造成危害，主要有：在谐波下工作的配变会增加铜损和杂散损耗，也会增加磁滞、涡流，从而造成配变的额外发热。当配变绕组作△时，对其安全运行有重要影响的是三次倍数的零序电流在绕组中的环流，这一环流会使其严重发热。④谐波对变电站内的继电保护、自动控制装置也会产生干扰，严重时会导致保护装置误动或拒动。
（2）对电能计量的影响
配电网中的谐波还会对电力成本的计量产生直接影响。也就是说，谐波的影响和危害不只表现在工程上，而且也表现在经济上。
①各种传统的测量仪表多是按正弦量测量要求设计制造，在测量含有谐波的非正弦量时，必然会产生误差，而且有时会产生很大的误差。由谐波造成的其它附加损耗使供电成本上升。如线路中的附加谐波功率，各种供用电设备的附加谐波损耗等，而这些无形的谐波损耗是没有计入测量结果的。③谐波使电力设备寿命下降所带来的间接的供电成本的上升，也是一种不可忽视的损耗。④谐波造成的继电保护装置的误动作和事故所产生的供电成本的上升，也要有供电系统承担。
3.配网谐波的治理方法
总的来说，治理配网中的谐波除了从技术上采取措施以外，还应该从管理、制度、法规等方面采取综合措施。只就工程技术角度而言，目前主要有主动和被动方法两类。主动方法，就是从改善谐波源本身的特性人手。在设计这些装置时就充分考虑减小其谐波的设计方案，以减少谐波源注入配网的谐波。被动的方法不是从谐波源本身的性能改善人手，而是从整个配网出发对谐波源进行补偿或滤波。其方法有补偿和滤波两种方式。补偿的方法就是造一个谐波源所需谐波的谐波发生装置，向谐波源提供谐波，这样就不再会有谐波电流注入电网。也可以采用滤波原理滤去谐波，使电源中不被注入谐波。这种方法可以适应各种谐波源。
3.1有源电力滤波器
采用有源电力滤波器（APF）进行补偿是目前研究较多的一种治理谐波的方法。有源电力滤波技术是近20多年发展起来的新一代的谐波和无功功率治理技术。有源滤波器不仅可以对配电网络中谐波进行抑制，同时兼有无功补偿的作用。工作时，有源滤波器输出一个与负载谐波和无功电流分量相对应的补偿电流，作为非线性负载所需的谐波和无功电流，从而使电网只向负载提供正弦基波有功电流。与无源滤波器相比，有源电力滤波器的主要优点有：
a.可以同时抑制各种频率的谐波，而不是某一种频率的谐波；
b.可以在抑制谐波的同时进行无功补偿，而且是动态补偿；
c.不会产生谐波放大现象，更不会出现谐波谐振；
d.滤波特性不会受电网结构等因素影响而不稳定。
3.2单周控制有源电力滤波器模型
有源滤波器主要研究的问题有：畸变电流的检测、滤波器的控制技术与方法等。而有源滤波器的单周控制是建立在单周控制理论基础上的一种控制方法。采用单周控制的有源电力滤波器避免了畸变电流检测等复杂费时的过程，为有源滤波器的控制开辟了一条新的途径。
以单相并联型有源电力滤波器为例，如M1所示即为其主电路。它包括电源电压VS、非线性负载、电压源型变换器构成的有源电力滤波器APF。
4.总结
采用单周控制技术与方法实现有源滤波器控制时，不需要检测谐波电流，因而省去了谐波检测过程和谐波检测电路.采用这种控制方法，是将谐波检测与控制结合在一起，以负载具有单位功率因数为控制目标，使控制电路大大简化，可靠性、态特性、控制精度以及系统鲁棒性提高。这种控制方法以寻找控制关系或控制建模为主要目的，只要可以找到符合单周控制规律的控制关系模型，便可以采用单周控制方法实现控制，因此，单周控制用于有源电力滤波器控制，为配电网解决谐波问题提供了一条新的、有效的途径。
[关键词]谐波 有源电力滤波器 单周控制
中图分类号：TN713+.8 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）05-0078-01
引言
经济的飞速发展带来供电紧张，为解决供电紧张，一方面要建设许多新的变电站和输电线路，另一方面要高效利用现有的电力资源，减少电力损耗。配电网中的谐波已经成为影响供电质量的重要原因。它不仅影响着电力用户的安全用电，也威胁着配电网络的安全、经济运行。
1.谐波源
非线性设备是谐波产生的根本原因。目前，一般地说配电网中的谐波源可以分为三大类。
（1）现代电力电子装置属于电子开关型非线性设备。主要为各种交、直流换流装置（整流器、逆变器等）以及晶闸管构成的可控开关设备等。这些装置在化工、冶金、电气铁道等大量工矿企业以及家用电器中被广泛使用。
（2）传统性非线性设备属于铁磁饱和型非线性设备。如配电变压器、电抗器等，其铁芯磁饱和特性呈现非线性，这类非线性设备产生的电流往往不是跃变的但可能是不连续的，其中含有一定的谐波成份。
（3）电弧型非线性设备包括各种炼钢电弧炉、交流电弧焊机等。这类非线性谐波源最大的特点就是其非线性特性的随机性。此外，电弧炉不仅会产生谐波，还会产生间谐波，并在配电网中引起闪变和三相不对称等电能质量问题。
2.谐波的危害
（1）对配电网络本身的影响
谐波会对配电网本身的经济、安全运行有很大的影响。主要表现在①谐波可以在配电网中引起谐波谐振，放大谐波电流或产生谐波过电压。②对于采用电缆的配电网，谐波除引起附加损耗外，还可能使电压发生畸变，导致绝缘應力升高，电缆绝缘老化，缩短电缆使用寿命。③谐波会对配电变压器造成危害，主要有：在谐波下工作的配变会增加铜损和杂散损耗，也会增加磁滞、涡流，从而造成配变的额外发热。当配变绕组作△时，对其安全运行有重要影响的是三次倍数的零序电流在绕组中的环流，这一环流会使其严重发热。④谐波对变电站内的继电保护、自动控制装置也会产生干扰，严重时会导致保护装置误动或拒动。
（2）对电能计量的影响
配电网中的谐波还会对电力成本的计量产生直接影响。也就是说，谐波的影响和危害不只表现在工程上，而且也表现在经济上。
①各种传统的测量仪表多是按正弦量测量要求设计制造，在测量含有谐波的非正弦量时，必然会产生误差，而且有时会产生很大的误差。由谐波造成的其它附加损耗使供电成本上升。如线路中的附加谐波功率，各种供用电设备的附加谐波损耗等，而这些无形的谐波损耗是没有计入测量结果的。③谐波使电力设备寿命下降所带来的间接的供电成本的上升，也是一种不可忽视的损耗。④谐波造成的继电保护装置的误动作和事故所产生的供电成本的上升，也要有供电系统承担。
3.配网谐波的治理方法
总的来说，治理配网中的谐波除了从技术上采取措施以外，还应该从管理、制度、法规等方面采取综合措施。只就工程技术角度而言，目前主要有主动和被动方法两类。主动方法，就是从改善谐波源本身的特性人手。在设计这些装置时就充分考虑减小其谐波的设计方案，以减少谐波源注入配网的谐波。被动的方法不是从谐波源本身的性能改善人手，而是从整个配网出发对谐波源进行补偿或滤波。其方法有补偿和滤波两种方式。补偿的方法就是造一个谐波源所需谐波的谐波发生装置，向谐波源提供谐波，这样就不再会有谐波电流注入电网。也可以采用滤波原理滤去谐波，使电源中不被注入谐波。这种方法可以适应各种谐波源。
3.1有源电力滤波器
采用有源电力滤波器（APF）进行补偿是目前研究较多的一种治理谐波的方法。有源电力滤波技术是近20多年发展起来的新一代的谐波和无功功率治理技术。有源滤波器不仅可以对配电网络中谐波进行抑制，同时兼有无功补偿的作用。工作时，有源滤波器输出一个与负载谐波和无功电流分量相对应的补偿电流，作为非线性负载所需的谐波和无功电流，从而使电网只向负载提供正弦基波有功电流。与无源滤波器相比，有源电力滤波器的主要优点有：
a.可以同时抑制各种频率的谐波，而不是某一种频率的谐波；
b.可以在抑制谐波的同时进行无功补偿，而且是动态补偿；
c.不会产生谐波放大现象，更不会出现谐波谐振；
d.滤波特性不会受电网结构等因素影响而不稳定。
3.2单周控制有源电力滤波器模型
有源滤波器主要研究的问题有：畸变电流的检测、滤波器的控制技术与方法等。而有源滤波器的单周控制是建立在单周控制理论基础上的一种控制方法。采用单周控制的有源电力滤波器避免了畸变电流检测等复杂费时的过程，为有源滤波器的控制开辟了一条新的途径。
以单相并联型有源电力滤波器为例，如M1所示即为其主电路。它包括电源电压VS、非线性负载、电压源型变换器构成的有源电力滤波器APF。
4.总结
采用单周控制技术与方法实现有源滤波器控制时，不需要检测谐波电流，因而省去了谐波检测过程和谐波检测电路.采用这种控制方法，是将谐波检测与控制结合在一起，以负载具有单位功率因数为控制目标，使控制电路大大简化，可靠性、态特性、控制精度以及系统鲁棒性提高。这种控制方法以寻找控制关系或控制建模为主要目的，只要可以找到符合单周控制规律的控制关系模型，便可以采用单周控制方法实现控制，因此，单周控制用于有源电力滤波器控制，为配电网解决谐波问题提供了一条新的、有效的途径。