简述建筑配电网络谐波的滤波抑制措施

刘玖增

摘 要：滤波器是抑制配电网络中谐波的主要设备。在现有技术条件下，常用滤波器分为无源滤波器和有源滤波器两种。前者广泛使用在工厂，矿业，冶金工业等场所，后者在民用，学校，商场，医院等有较为广泛的使用。本文是对谐波的危害，及滤波器使用的原理和状况进行了探讨。

关键词：谐波；滤波器；配电网

中图分类号：TU85 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）01-0175-01

1 谐波的危害

谐波是配电网络中主要危害之一，且日益严重，可以使设备加速老化，导线过热，甚至造成事故。在使用并联电容器做补偿装置的配電网中，会引发电容器的串并联谐振，严重的会造成电容器烧毁。据统计，由于谐波引起的电容器故障占电容器总故障的71～83%[2]。

对很多电子设备，特别是过零检测以基波频率为基准的设备，谐波的存在会造成过零误动作。

而照明设备中，谐波的不利影响尤为突出[1]。据统计，电力系统产生的电能中20%左右由照明设备消耗。随着照明技术的进步和环保节能经济的倡导，传统照明设备（如白炽灯，普通荧光灯等）由于高耗能，低效率已经渐趋淘汰，取而代之的是普通电子荧光灯，紧凑型荧光灯（CFL，即节能灯），高压气体放电灯（HID灯）和LED灯等新型照明设备。这些照明设备在提高照明质量，改善生活环境的同时，由于其“非线性照明电路”的特点，也带来了无法忽视的谐波问题，比如中性线电流过大，导线外皮过热导致的老化，甚至引发火灾等。因此，抑制谐波的不利影响应该给予高度的重视。

2 滤波器的分类和原理简述

在实践中，抑制配电网络谐波的措施主要是使用滤波器，大致分为两种：（1）无源滤波器（PF）；（2）有源滤波器（APF）。

（1）无源滤波器（PF）由电容器，电抗器和电阻组成，且和谐波源并联。通过选择特定的的电感电容参数，使滤波器的谐振频率与谐波频率相等，形成低阻抗通路，则该频次的谐波电流大部分通过滤波器，从而起到滤除该频次谐波的作用[1]。

无源滤波器分为单调谐滤波器，双调谐滤波器，高通滤波器。

1）单调谐滤波器又称一阶单调谐滤波器，它的优点是滤波效果好，结构简单，价格低；缺点是电能损耗比较大，但随着品质因数的提高，能耗反而会减小，同时又随着谐波次数的减小而增加。民用建筑配电网络中，特别是照明电路中正好是低次谐波，主要是2-7次，因此基波损耗较大。二阶单调谐滤波器品质因数在50以下时，基波损耗可以减少20-50%，属于节能型。三阶单调谐滤波器是损耗最小的滤波器，但电路及电器元件组成复杂，投资也高。

2）高通（宽频）滤波器，一般用于某次及以上的谐波抑制。对于配电网中5次以上谐波，通过调整参数，可以形成对5次及以上谐波的低阻抗通路。

实际中因为各次谐波存在复合叠加的情况，所以通常采用几组单调谐滤波器和一组高通滤波器组成一套滤波装置。无源滤波器（PF）虽然具有成本低，可靠性高等优点，但它也具备滤除特定频次谐波，无法动态跟踪谐波并进行滤除，而由于系统结构问题，对于某些次谐波反而会产生放大的特点，甚至会和系统阻抗产生谐振现象。因此适用于大容量且功率因数较低，对谐波要求不高的场合，如钢铁，冶金，煤矿等工业场所。

（2）有源滤波器（APF）是利用可控功率半导体器件，向电网注入与谐波源电流幅值相等，相位相反的电流，使叠加后的电源总谐波电流接近甚至达到零，实现实时补偿谐波电流的目的。有源滤波器一般是由动态监控电路和补偿电路组成。其中动态监控电路检测补偿对象电流中的谐波和无功分量，根据需要发出补偿电流指令，该指令经补偿电流发生电路放大，和负载电流中要补偿的谐波及无功电流相抵消，从而实现有源滤波和无功补偿[2][3]。

在滤除效果来看，有源滤波器效果极佳，通常可以滤除总谐波的90%甚至95%以上，无源滤波器通常只能达到50%，最高约为70-80%[1]。

如图1所示，APF（有源滤波器）实时检测负载侧电流中的谐波和无功分量，根据检测结果实时发出和谐波电流相位相反，幅值相等的补偿电流，与谐波电流相叠加后，消除谐波电流（负载畸变电流），从而实现电网侧电流基本为基波电流[3]。

2）有源滤波器的单套容量不超过100KVA，但在无法确定准确容量时，通常先对负载谐波情况进行测量，依据测量的总谐波电流值，再加上30-50%裕量，选择有源滤波器的实际容量。

3）有源滤波器不易受电网阻抗，频率变化的影响，维护简单，体积小，重量轻，滤波效率高，但造价偏高。

4）为了降低成本，也可选用无源滤波器与有源滤波器相结合的混用方案，其中无源滤波器用以滤除含量较大的低次谐波，有源滤波器用以滤除含量较小的高次谐波并进行无功补偿。

总的来讲，有源滤波器克服了无源滤波器的缺点，同时还可以补偿各次谐波，抑制闪变，补偿无功，有一机多能的特点。且不受电网阻抗和电网频率变化的影响，在配电网络受到照明等非线性设备的谐波干扰时，是抑制措施的首选。但由于硬件的原因，容量有限，无法在工业类部门广泛英语，只适用于电信，医院，学校等用电功率较小且谐波频率较高的单位。

3 结语

随着时代的发展，大量非线性用电设备，如LED灯，节能灯等大量使用的今天，谐波污染日益严重，影响配电网络的供电质量和设备正常使用，由谐波引起的导线发热甚至可以引发火灾，所以谐波抑制解决措施尤为关键。本文对配电网络的谐波滤波常用手段，如无源滤波器和有源滤波器进行了探讨，并比较了两者的特点和实际应用状况。

参考文献

[1]晏浚博.《民用建筑照明谐波研究》[D].北京建筑大学，2014.

[2]李咏梅.《低压配电网谐波分析》[D].广西大学，2005.

[3]上海安瑞电气股份有限公司.《APF有源电力滤波装置》[M].2014.endprint