隨著工業(yè)化進程的不斷推進，電力系統(tǒng)中非線性負載的廣泛應(yīng)用，使得諧波污染問題日益嚴重。尤其是在電廠中，除塵系統(tǒng)的運行會產(chǎn)生大量的諧波，對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性造成威脅。為了有效抑制這些諧波，有源電力濾波器作為一種先進的諧波治理裝置，正在被越來越廣泛地應(yīng)用。本文將深入探討有源電力濾波器的工作原理、特點以及在電廠除塵諧波治理中的具體應(yīng)用效果。

一、諧波的產(chǎn)生及其危害

諧波是指頻率為基波整數(shù)倍的電流或電壓波，它們通常由非線性負載產(chǎn)生，如電力電子設(shè)備、變壓器等。在電廠中，除塵設(shè)備的運行往往伴隨著大量非線性元件的使用，如可控硅整流器、變頻器等，這些設(shè)備在工作過程中會產(chǎn)生豐富的諧波分量，注入到電網(wǎng)中，影響電能質(zhì)量。

諧波的危害是多方面的，包括但不限于：增加輸電線路和變壓器的損耗，降低設(shè)備效率；引起電機過熱，縮短其使用壽命；干擾繼電保護裝置和自動控制系統(tǒng)的正常工作，甚至引發(fā)誤動作；對于通信系統(tǒng)而言，還會干擾信號傳輸，降低通信質(zhì)量。因此，有效治理諧波成為保障電廠穩(wěn)定運行的重要任務(wù)之一。

二、有源電力濾波器概述

有源電力濾波器（Active Power Filter, APF）是一種用于動態(tài)抑制諧波、補償無功功率的新型電力電子裝置。它通過實時檢測負載產(chǎn)生的諧波電流，然后產(chǎn)生一個大小相等、方向相反的補償電流注入電網(wǎng)，從而抵消原有的諧波電流，使電網(wǎng)電流保持正弦波形。相比無源濾波器，有源電力濾波器具有響應(yīng)速度快、補償效果好、適應(yīng)性強等優(yōu)點。

三、有源電力濾波器在電廠除塵諧波治理中的應(yīng)用

工作原理

有源電力濾波器主要由指令電流運算電路和補償電流發(fā)生電路兩大部分組成。指令電流運算電路實時監(jiān)測電網(wǎng)中的電流，并通過快速傅里葉變換（FFT）等算法提取出其中的諧波成分，計算出需要補償?shù)碾娏髦噶?。補償電流發(fā)生電路則根據(jù)這一指令，通過控制逆變器開關(guān)管的通斷狀態(tài)，生成與諧波電流大小相等、方向相反的補償電流注入電網(wǎng)，實現(xiàn)諧波的有效抑制。

應(yīng)用效果

在電廠除塵系統(tǒng)中，應(yīng)用有源電力濾波器后，可以顯著改善電網(wǎng)的電能質(zhì)量。具體表現(xiàn)為：

諧波含量大幅降低：有源電力濾波器能夠針對特定次數(shù)的諧波進行精確補償，有效降低電網(wǎng)中的諧波含量。例如，在某電廠的應(yīng)用案例中，安裝有源電力濾波器前后對比測試顯示，總諧波失真度（THD）顯著下降，各次諧波含量均得到有效控制。

功率因數(shù)提升：除了抑制諧波外，有源電力濾波器還能補償無功功率，提高系統(tǒng)的功率因數(shù)。這不僅有助于減少電能損耗，還能提高發(fā)電設(shè)備的利用率。

設(shè)備運行更加穩(wěn)定：諧波的減少意味著電網(wǎng)電流更加接近正弦波形，這對于電機、變壓器等電氣設(shè)備的穩(wěn)定運行至關(guān)重要。同時，由于減少了諧波引起的干擾和噪聲，電廠的整體運行環(huán)境也得到了改善。

四、安科瑞設(shè)備

電能質(zhì)量分析與治理系統(tǒng)主要研究供配電系統(tǒng)中的無功補償和諧波治理問題，適用于新建、改建、擴建和技改項目中工業(yè)與民用及公共建筑內(nèi)電氣設(shè)備的無功補償、諧波及綜合治理等，可根據(jù)不同行業(yè)類型和負載類型的電能質(zhì)量問題提供合適的設(shè)計解決方案，以達到改善供電質(zhì)量和確保電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟運行的目的。

4.1典型行業(yè)

①商業(yè)中心/辦公大樓/醫(yī)療/機場/體育館：空調(diào)、電梯、LED屏幕、可控硅調(diào)光系統(tǒng)、音響系統(tǒng)；

②港口碼頭/造船/造紙/煙草/煤礦：變頻器等；

③光伏/充電樁/化工/冶金：變頻器、整流器等；

④學(xué)校/研究院：實驗室、機房設(shè)備、數(shù)據(jù)中心；

⑤工廠：使用大型設(shè)備的生產(chǎn)線，高精度數(shù)控中心等；

⑥通信/金融/醫(yī)療/商業(yè)中心：UPS、開關(guān)電源等。

4.2系統(tǒng)架構(gòu)

電能質(zhì)量分析與治理系統(tǒng)由低壓側(cè)電能治理產(chǎn)品組成，主要產(chǎn)品有ANAPF有源電力濾波器、ANSVG靜止無功發(fā)生器、ANSNP中線安防保護器、ANHPD諧波保護器、ANSVC低壓無功功率補償裝置、ANSVG-G-A混合動態(tài)濾波補償裝置、ANSVG-S-A混合動態(tài)消諧補償裝置、ANSVG-S-G智慧型動態(tài)無功補償裝置等。

4.3產(chǎn)品選型

4.3.1諧波治理產(chǎn)品選型

4.3.2無功補償產(chǎn)品快速選型

4.4產(chǎn)品功能

4.4.1ANAPF有源電力濾波器

ANAPF系列有源電力濾波器并聯(lián)在電網(wǎng)上，負載電流通過電流互感器采集到ANAPF的控制系統(tǒng)中，通過實時檢測電路將負載電流中的諧波分量和基波無功分量分離出來，經(jīng)控制系統(tǒng)快速運算，采用PWM控制IGBT的觸發(fā)。通過由大容量IGBT管組成的三相變流器向系統(tǒng)注入補償電流，該補償電流與負荷電流中的諧波電流大小相等，方向相反，互相抵消，實現(xiàn)濾除諧波的功能，保證流入電網(wǎng)電流是正弦波。

4.4.2ANSNP中線安防保護器

ANSNP中線安防保護器通過電流檢測環(huán)節(jié)采集系統(tǒng)中性線上各次諧波電流，經(jīng)控制器快速計算并提取各次諧波電流的含量，產(chǎn)生諧波電流指令，通過功率執(zhí)行器件產(chǎn)生與諧波電流幅值相等方向相反的補償電流，并注入中性線，從而消除中性線中過大的電流。

4.4.3ANSVG靜止無功發(fā)生器

ANSVG模塊

ANSVG靜止無功發(fā)生器是一種用于補償無功以及不平衡的新型電力電子裝置，它能對大小變化的無功以及負序進行快速和連續(xù)的補償，其應(yīng)用可克服LC補償器等傳統(tǒng)的無功補償器響應(yīng)速度慢、補償效果不能控制、容易與電網(wǎng)發(fā)生并聯(lián)諧振和投切震蕩等缺點。

五、結(jié)論

某電廠4號的動力電源取自380V除塵4A段母排，經(jīng)空氣開關(guān)至裝置本體；B段裝設(shè)的有源濾波器的動力電源取自380V除塵4B段母排，經(jīng)空氣開關(guān)至裝置本體。因380V除塵4A、4B段#1柜已安裝有電流互感器，不用重復(fù)裝設(shè)CT，只需將有源濾波器的CT回路串接進#1柜的原有CT回路。因此，需新增電纜從380V除機組380V除塵4A、4B段加裝有源濾波器改造項目，通過濾除除塵段的奇次諧波，減小了其對除塵系統(tǒng)的不良影響，綜合保護裝置功能恢復(fù)正常使用，在運行中故障的幾率大大降低，確保了廠用電的安全運行，保證了用電設(shè)備正常使用。隨著我們對碳達峰、碳中和等工作的持續(xù)推進,我國環(huán)保質(zhì)量標準也將會不斷的完善和提高,排放監(jiān)督與控制也會更加嚴格。為了滿足我國及地方的環(huán)保政策和法規(guī)的要求，作為沿海城市的重點企業(yè)，某電廠為響應(yīng)國家的政策要求，降低污染負荷，規(guī)避影響電除塵器除塵效率的一系列問題。有源濾波器改造項目減少了對電除塵配電系統(tǒng)及其綜合保護裝置的損害和干擾，提高了除塵配電段供電的安全性和可靠性，確保電除塵設(shè)備安全可靠運行，這將有助于改善區(qū)域環(huán)境治理，為電廠持續(xù)改善環(huán)境質(zhì)量，推動超低排放、綠色低碳發(fā)展增添助力。本項目是在電除塵高壓脈沖電源諧波治理上的成功案例，對國內(nèi)電廠在諧波治理上起到啟示借鑒作用，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。