有源电力滤波器：提升电能质量的关键技术

谐波的产生:

谐波的产生主要源于电力系统中的非线性负载。当正弦波（基波）电压施加到这些非线性负载上时，负载吸收的电流与其上施加的电压波形不一致，导致电流发生畸变，进而产生谐波。具体来说，谐波是指对周期性非正弦交流量进行傅里叶级数分解所得到的大于基波频率整数倍的各次分量。

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谐波的主要来源包括：

发电设备：虽然发电机的设计尽量使其产生的电压波形接近正弦波，但由于发电机转子的磁场不可能完全完美，因此会产生一定的谐波分量。特别是当发电机的端电压或变压器的电源侧电压超过额定电压的10%以上时，由于电机的磁饱和，会使谐波分量明显增加。

非线性用电设备：这是影响电网电压波形质量的主要矛盾。非线性用电设备主要包括电弧加热设备（如电弧炉、电焊机等）、交流整流的直流用电设备（如电力机车、电解、电镀等）、交流整流再逆变用电设备（如变频调速、变频空调等）以及开关电源设备（如中频炉、彩色电视机、电脑、电子整流器等）。这些设备在工作过程中会产生大量的谐波电流，涌入电网中导致电压波形发生畸变。

有源滤波器（APF）

有源电力滤波器（Active Power Filter，简称APF）是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置。它采用现代电力电子技术和基于高速DSP器件的数字信号处理技术制成，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。

工作原理

APF主要由指令电流运算电路和补偿电流发生电路两个主要部分组成。指令电流运算电路实时监视线路中的电流，并将模拟电流信号转换为数字信号，送入高速数字信号处理器（DSP）对信号进行处理。DSP将谐波与基波分离，并以脉宽调制（PWM）信号形式向补偿电流发生电路送出驱动脉冲，驱动IGBT或IPM功率模块，生成与电网谐波电流幅值相等、极性相反的补偿电流注入电网，对谐波电流进行补偿或抵消，从而主动消除电力谐波。

主要特点

动态跟踪补偿：APF能够实时检测并补偿变化的谐波和无功电流，实现动态跟踪补偿。

治理效果好：APF可以同时滤除多次及高次谐波，不会引起谐振，治理效果优于传统的LC滤波器。

智能化：具有自动检测、抑制系统谐振、全功能监控等功能，提高了系统的可靠性和稳定性。

模块化设计：易于扩展和维护，可以根据实际需求进行灵活配置。

应用场合

APF广泛应用于对电能质量要求较高的场合，如通讯、半导体、石化、化纤、钢铁、汽车制造等行业。在这些行业中，大量使用的非线性负载会产生大量的谐波电流，对电网和用户造成严重的危害。通过安装APF，可以有效消除谐波污染，提高电能质量。

综上所述，谐波的产生主要源于电力系统中的非线性负载，而有源滤波器作为一种先进的电力电子装置，在动态抑制谐波、补偿无功等方面具有显著的优势和广泛的应用前景。

审核编辑 黄宇