谐波抑制的工程设计方法探讨

构由谐波电流检测、控制电路、PWM逆变器、直流电源及注入变压器等部分组成。根据逆变器储能元件不同，可将有源滤波器分为电流型和电压型两种。电流型有源滤波器储能元件为电感，由于其运行损耗较大，对储能电感的充电控制较复杂，因而使其应用受到限制；电压型有源滤波器储能元件为电容，具有损耗小，易于控制等优点而得到普遍应用。电压型有源滤波器工作过程是由电容器构成储能直流电源，逆变器根据检测信号产生PWM输出电压，将储存在电容器中直流电能转变成所需频率和波形的补偿电流，经隔离变压器注入线路中。PWM逆变器同时兼有向电抗器或电容器提供直流电能的功能。这个过程直接受谐波电流补偿量检测及控制电路的控制。

有源滤波器具有以下特点：

(1)该装置是一个谐波电流源，它的接入对系统

阻抗不会产生影响；

(2)系统结构发生变化时，该装置不存在产生谐

振的危险，不影响补偿性能； (3)不存在过载问题。当系统谐波电流增大超

过装置的补偿能力时，滤波器仍可发挥最大补偿作用；

(4)对系统中各次谐波均能有效抑制；

(5)一台装置即可实现对多次谐波和基波无功电

流的实时动态跟踪补偿。

但是，与LC滤波器相比，有源滤波器的结构相对复杂，运行损耗较大，设备造价高。由于有源滤波器本身是以开关方式工作，在补偿谐波的同时，也会注入新的谐波，但其开关频率很高（达3kHz以上），谐波频率高，幅值低。

有源滤波器可用于抑制负载为周期性变化的高次谐波和LC滤波器不能抑制的部分高次谐波。表1为有源滤波器的两种接线方式比较。

直接接入方式是有源滤波器与系统的基本连接方式。此时PWM逆变器相当于一个受控电流源，其产生与负载谐波大小相等、相位相反的谐波电流，使电源侧电流被补偿成正弦。该方式下，电源基波电压全部加在逆变器上，因而装置容量较大。该接线方式的滤波器具有连续调节无功功率的功能，能在补偿谐波的同时动态补偿系统无功。

注入电路方式的有源滤波器将电抗器和电容器作为逆变器注入电路，利用电感和电容的谐振特性，使有源滤波器不承受基波电压，从而减小了逆变器的装置容量，减小体积，降低成本。通过选择注入电路常数，使逆变器的装置容量仅为直接接入方式的1/4～1/5，因此适于构成高压电路的大型滤波装置。

有源滤波器也可与LC滤波器并联或串联组成混合结构进行组合运用。当并联使用时，LC滤波器用来分担补偿相同次数的谐波，补充有源滤波器的补偿作用，降低所需逆变器的容量。而采用串联方式运用时，有源滤波器则主要不是用来直接补偿谐波，而是用来抑制LC滤波器与电网阻抗之间的并联谐振，即所谓的谐波放大现象，以改善LC滤波器的补偿效果。此时，逆变器不承受基波电压，装置容量小。

图6有源滤波器原理电路图

图6为明电舍株式会社生产的有源滤波器原理电路图。该装置可以有效滤除2～19次谐波，谐波抑制率达85％以上，动态响应时间小于1ms。

6结语

（1）在治理系统谐波时，应充分考虑系统中各种因素的影响，兼顾各个指标，选择合理有效的滤波方案；

（2）采用LC滤波器，应以滤波器组的综合滤波效果为原则，严格避免谐波放大现象的发生；

（3）滤波电容器电容量的选择既要满足滤波的要求，也要考虑无功补偿的需要，还应使电容器能承受过电流和过电压的影响；

（4）有源滤波器是一种新型动态滤波器，其谐波抑制能力大大优于LC滤波器。随着对电网谐波问题的日益重视和其成本的逐步降低，将具有广阔的应用前景。