浅谈有源电力滤波器的谐波电流检测方法

席可心，于琳琳

哈尔滨易成电气有限公司，黑龙江省哈尔滨市， 150000

摘 要：随着电力系统的不断升级改造，自动化控制水平越来越高，更多的现代化先进技术和设备融入到电力行业生产和质量控制工作当中，其中包括一些非线形单项设备，此类设备实际运行期间经常会产生大量的谐波电流，对城市电网的电能供应造成了严重的影响，降低了供电服务质量和用户的体验感，所以必须对该问题进一步深入研究，并采取相应的控制措施。鉴于此，本文就主要分析有源电力滤波器的谐波的来源、危害、检测方法及治理措施，旨在有效提升供电服务质量。

关键词：有源电力滤波器；谐波电流；检测方法

1 课题研究背景及意义

随着科学技术的迅猛发展，各行业都迎来了全新的发展机遇，近些年电力行业重点发展智能电网，越来越多的新型电力设备融入系统当中，而且电能质量监测技术逐渐向着信息化、标准化和网络化方向发展。随着智能电网的持续发展与不断革新，电能整个生产、输送及使用过程都趋于智能化管理，电力客户对电力供应质量提出了更高的要求，包括其稳定性、安全性及输送效率等，同时还要尽可能规避各类电力故障的发生，以更好地满足社会各界对高品质电力供应的实际需求，这也是现如今各大电力企业需要重要关注的一个课题。

如何衡量电能供应质量，系统中谐波含量的多少是非常重要的一个判断标准，即谐波含量越多则说明电能质量越差。只有有效控制和降低电力谐波量，降低其对整个系统运行的干扰和危害，才能保证电能供应质量。我国技术质量监督局早就在1993年针对电力设备谐波含量做出了统一的标准和要求，在确保设备处于正常运行状态基础之上，要求各电压等级的电压波形允许的谐波含有率和总畸变率必须控制在一个合理的范围之内，这就对各用电设备运行期间的标准性做出了统一要求，为企业对设备的谐波电流控制提供了依据。

2 谐波的来源和危害

随着社会经济的飞速发展和人们生活水平的不断提升，各行业对电能的需求量持续增加，用电规范要求越来越高，更多的先进用电技术被运用到电力系统当中，给人们日常生产生活带来了更大的便利，但与此同时也引发了许多电能质量问题，谐波电流就是其中一种，谐波分量会导致电流和电压波形失真，甚至还会造成部分自动保护装置产生误动，影响电力系统的正常运行。

谐波主要是因为正弦波电压施加于非线性负载，从而使电流畸变处于非正弦状态。可以说只要有非线性原件的地方就会有谐波的存在，其频率是基波正弦波分量的n次（3，5，7等）倍。谐波的来源可以分为以下三大类：

（1）输配电系统中各类电动机和变压器产生的谐波。

（2）工业生产中各类用电设备产生的谐波。

（3）各类家用电器使用过程线路所产生的谐波。

谐波的产生会使谐波电流对各类用电设备乃至整个电力系统造成巨大的影响，若不加以重视可能会给企业带来巨大的经济损失，甚至危及人民群众的生命安全，下面就针对谐波的具体危害进行简要说明。

（1）干扰电力电子设备的正常运行，降低设备实际工作效率，增加设备能耗，如果没有对非线性电弧设备采取恰当的灭弧措施可能会引发火灾事故^[1]。

（2）降低电力电子设备的运行稳定性，增加运行噪音及震动问题，电缆电容设备出现过热绝缘老化等诸多问题。

（3）继电保护装置发生误动现象，断路器误跳闸，无法确保装置动作的准确性。

（4）计量和测量装置发生各种各样的工作失误。

（5）干扰通信系统声频和信号，降低通信质量，威胁通信设备的正常运行。

3 有源电力滤波器的谐波电流检测原理

有源电力滤波器作为一种新型的电力电子设备，由于其在实践中体现出较强的准确性，所以经常被用于动态抑制谐波和补偿无功，借助有源电力滤波器可以对频率及大小同时发生变化的谐波电流起到很好的抑制作用。该滤波器主要包括补偿电流发生电路和指令运算电流电路两大部分，实际运行中这两个电路各自发挥着自己的功效和作用，其中指令运算电流电路的主要作用是基于瞬时无功功率算法提取谐波，并基于此产生相应的电流指令。补偿电流发生电路的主要作用则是接收指令运算电流电路指令，并产生补偿电流，从而发挥出其抑制谐波的作用。

单相电路中，通过对有源电力滤波器谐波电流的准确检测，进一步生成检测指令，并在此基础之上做出相应的控制处理。对于逆变模块谐波电流的控制，可以结合其具体的传输方向和大小产生相反分量。比如，比较常见的并联型有源电流滤波器，当其运行中出现非线性负载状态时就会导致负载电流出现畸变，从而产生谐波和基波，而且谐波频率和基波频率间呈整倍数关系，通过对滤波器谐波实施检测和补偿处理后，系统中就只剩下基波分量^[2]。可见，通过对滤波器谐波电流进行检测并实施必要的补偿，对谐波电流具有有效的抑制效果。

4 有源电力滤波器谐波电流的检测

现如今针对有源电力滤波器谐波电流的检测，对瞬时无功理论的应用最为广泛，借助该理论方法能够快速准确生成谐波电流补偿参考值，特别是在低通滤波器谐波电流检测中的效果体现尤为明显。但实际应用过程中，该检测方法在谐波电流检测准确性和动态性方面还存在较大的提升空间。随着时代的发展和科学技术水平的快速提升，相关技术人员和研究人员在传统瞬时无功功率理论谐波电流检测基础之上做出了很大的升级与改良，大幅度提高了谐波检测方法的最终检测精度

^[3]。

众所周知，电网中的电流可以分为谐波和基波两种，坐标旋转方向和速度相同的基波，只有转换为之流量才会实现交流量成分的变换。这就要求我们应该选择各方面性能都比较好的滑动平均滤波器才能做到对两相同步旋转坐标中直流分量的有效检测，并以检测所获取的基波分量结构为依据，借助低通滤波器谐波电流检测算法得知具体的直流分量，进一步采取与之相适应的治理对策。

5 有源电力滤波器电流谐波治理措施

有源电力滤波器属于一种新型的无功补偿和谐波动态抑制电子设备，借助其可以实现对频率和大小变化谐波和无功的有效抑制和补偿。该滤波器其实就是借助现代化高速DSP器件数字信号处理技术和电力电子技术而制成的谐波抑制设备，主要包括补偿电流发生电路和指令电流运算电路两项内容，其中指令电流运算电路能够实现对电力线路运行电流的实时监测，同时将模拟电流信号成功转化成数字信号，并将其送至数字信号处理器当中，利用高速DSP处理器将基波和谐波有效分离，然后向补偿电流发生电路送出驱动脉冲，促使其生成和电网谐波电流极性相反且幅值相等的补偿电流，将该补偿电流注入电网后实现和谐波电流之间的相互抵消，从而消除谐波电流^[4]。有源电力滤波器在实践中的应用优势主要体现在：根据实际需求产生无功电流，对电网进行有效补偿；实现对电网2~50次谐波的有效消除；改善电力系统三相不平衡问题。

结束语

总而言之，电力系统运行过程中，通过对有源电力滤波器的科学运用，可以准确检测谐波电流，并实现对谐波电流的有效抑制和控制，大幅度提升系统电能供应质量，保证了电力系统的安全稳定运行，同时降低系统运行期间的电能损耗，提高用户用电体验感。但目前还需相关研究人员对有源电力滤波器谐波电流检测技术与方法进行进一步深入探索，以期通过不断创新和优化，促使整个电网系统的高效运行，促使电力行业的长足稳健发展。

参考文献

[1]刘超.并联型APF的谐波检测与电流控制策略研究[D].江苏大学，2020.

[2]曹雷，张立广，贾红敏.基于自适应滤波器的电力谐波检测[J].电子测量技术，2019，42(16):138-142.

[3]梁雪维.基于有源滤波器控制的微电网谐波抑制研究[D].沈阳工业大学，2019.

[4]吴阳.有源电力滤波器的谐波检测与控制仿真研究[D].上海电机学院，2018.