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供电系统谐波研究、分析与APF应用 　　【摘 要】 本文简单叙述了高次谐波对电能质量的影响及对设备造成的危害，阐述了国家标准对10kV系统谐波的要求及计算方法，并以某矿区10kV系统实测数据进行说明。针对电力系统中高次谐波配置有源电力滤波器（APF），可以消除谐波并补偿无功，文中对APF的工作原理、优点进行了简单介绍，对现阶段研究APF控制方式的情况及发展趋势作了说明。 　　【关键词】 谐波 有源滤波器 供电系统 　　伴随电力电子技术的飞速发展， 各种新型电力电子设备广泛被使用。新型电力电子产品改善着人们的生活中质量，提高着企业的生产效率。但由于这些设备的非线性和多样性特点， 产生大量的谐波并注入电网， 导致电网的供电质量下降，可能造成居民、企业用电设备的异常甚至损坏。 　　针对非线性负荷对电网和设备的危害日益严重，有源电力滤波器（APF）作为一种理想的谐波装置，能够对频率和幅值均发生变化的谐波进行消除，有源电力滤波设备优于传统无源滤波器，并在未来与智能控制结合的路上越来越远。 　　1 高次谐波危害 　　随着科学技术的发展，越来越多非线性电气产品在生活、生产中应用，如节能灯、变频器、整流器等。这些非线性电气产品给人们的生产、生活带来便利的同时，也给电力系统带来严重谐波污染问题，大量高次谐波会引起电压畸变，导致电机发热、设备损坏等问题，对生活、生产用电造成很大隐患。其主要表现有： 　　（1）高次谐波使电气设备如电机、电缆、变压器等产生附件的谐波损耗，降低设备的使用效率，使绝缘线路过热甚至发生火灾。（2）高次谐波可以影响各种用电设备的正常运行，引起设备机械振动、噪音和过电压，严重甚至损坏设备。（3）高次谐波会与电容器、高压电缆的对地电容之间产生并联谐振，使谐波放大，导致电力系统事故。（4）高次谐波可能会导致通讯系统失灵、继电保护和自动装置的误动作，还可能会使电气测量仪表测量失真。 　　2 10kV系统高次谐波 　　2.1 供电系统高次谐波允许电流 　　国标《GB/T 14549-93 电能质量 公用电网谐波》[1]对10kV母线各次谐波限值要求（表1、2）： 　　谐波电流允许值当系统公共连接点最小短路容量不同于上表基准短路容量时，按公式（1）修正上表中的谐波电流允许值： 　　2.2 高次谐波电流计算 　　两个谐波源的同次谐波电流在一条线路的同一相上叠加当相位角已知时按下式计算 　　两个以上同次谐波电流叠加时首先将两个谐波电流叠加然后再与第三个谐波电流相叠加以此类推。 　　2.3 实例 　　某矿区因谐波问题，曾出现电容器爆炸、电缆发热、变压器响声异常等情况，给矿区生产埋下安全隐患，对企业财产、人身安全来带严重威胁。 　　为测定系统中谐波含量，特制定采集方案：首先采用FLUKE 435型电能质量分析仪对系统进行数据采集。测量数据选取：电压数据取10kV侧测量PT的二次回路试验端子接入电能质量分析仪的电压输入端；电流数据取自10kV母线测量CT的二次回路试验端子接入电能质量分析仪的电流输入端。采集数据如下： 　　以3次谐波为例计算方式如下： 　　首先确定系统基准短路容量，得到谐波电流允许值。如系统基准短路容量是100MVA，系统谐波电流允许值为表2电流允许值；系统基准短路容量不是100MVA，则利用公式（1）计算出谐波电流允许值；（实例矿区系统基准短路容量为100MVA） 　　再将表4至表11中3次谐波电流测试数据，按照两个以上同次谐波电流叠加时首先将两个谐波电流叠加然后再与第三个谐波电流相叠加的方式，以此类推代入公式（3）。 　　各次谐波经过计算，某矿区10kV电力系统中总谐波电流为：3次6.6A，5次20.3A，7次8.4A，11次6.9A，13次5.1A，与表2国家标准《GB/T 14549-93》限值比较可知， 5次谐波超标。 　　3 有源电力滤波器（APF） 　　3.1 有源电力滤波器（APF）原理 　　有源电力滤波器（APF：Active power filter）进行可以对电力系统中谐波进行治理，APF是一种用于动态消除谐波、补偿无功的新型电力电子装置，APF适用于不同频率、不同大小的谐波抑制及补偿。APF可以通过采样线路中电流，分离出存在各次谐波和无功分量，根据谐波和无功量快速响应，主动输出相应大小、频率和相位的电流，抵消系统中负载谐波电流，从而实现动态消谐及无功补偿。 　　APF通过电力系统中电流互感器检测负载电流，再通过APF内部数字信号处理器（DSP）提取出负载电流中的谐波成分，然后通过脉冲宽度调制（PWM）发送控制信号给APF内部的绝缘栅双极型晶体管（IGBT），IGBT快速开断逆变装置产生一个和系统中负载谐波电流大小相等、方向相反的谐波电流，使其流入电力