有源电力滤波：电厂除尘谐波治理新突破！

随着工业化进程的不断推进，电力系统中非线性负载的广泛应用，使得谐波污染问题日益严重。尤其是在电厂中，除尘系统的运行会产生大量的谐波，对电力系统的稳定性和安全性造成威胁。为了有效抑制这些谐波，有源电力滤波器作为一种先进的谐波治理装置，正在被越来越广泛地应用。本文将深入探讨有源电力滤波器的工作原理、特点以及在电厂除尘谐波治理中的具体应用效果。

一、谐波的产生及其危害

谐波是指频率为基波整数倍的电流或电压波，它们通常由非线性负载产生，如电力电子设备、变压器等。在电厂中，除尘设备的运行往往伴随着大量非线性元件的使用，如可控硅整流器、变频器等，这些设备在工作过程中会产生丰富的谐波分量，注入到电网中，影响电能质量。

谐波的危害是多方面的，包括但不限于：增加输电线路和变压器的损耗，降低设备效率；引起电机过热，缩短其使用寿命；干扰继电保护装置和自动控制系统的正常工作，甚至引发误动作；对于通信系统而言，还会干扰信号传输，降低通信质量。因此，有效治理谐波成为保障电厂稳定运行的重要任务之一。

二、有源电力滤波器概述

有源电力滤波器（Active Power Filter, APF）是一种用于动态抑制谐波、补偿无功功率的新型电力电子装置。它通过实时检测负载产生的谐波电流，然后产生一个大小相等、方向相反的补偿电流注入电网，从而抵消原有的谐波电流，使电网电流保持正弦波形。相比无源滤波器，有源电力滤波器具有响应速度快、补偿效果好、适应性强等优点。

三、有源电力滤波器在电厂除尘谐波治理中的应用

工作原理

有源电力滤波器主要由指令电流运算电路和补偿电流发生电路两大部分组成。指令电流运算电路实时监测电网中的电流，并通过快速傅里叶变换（FFT）等算法提取出其中的谐波成分，计算出需要补偿的电流指令。补偿电流发生电路则根据这一指令，通过控制逆变器开关管的通断状态，生成与谐波电流大小相等、方向相反的补偿电流注入电网，实现谐波的有效抑制。

应用效果

在电厂除尘系统中，应用有源电力滤波器后，可以显著改善电网的电能质量。具体表现为：

谐波含量大幅降低：有源电力滤波器能够针对特定次数的谐波进行精确补偿，有效降低电网中的谐波含量。例如，在某电厂的应用案例中，安装有源电力滤波器前后对比测试显示，总谐波失真度（THD）显著下降，各次谐波含量均得到有效控制。

功率因数提升：除了抑制谐波外，有源电力滤波器还能补偿无功功率，提高系统的功率因数。这不仅有助于减少电能损耗，还能提高发电设备的利用率。

设备运行更加稳定：谐波的减少意味着电网电流更加接近正弦波形，这对于电机、变压器等电气设备的稳定运行至关重要。同时，由于减少了谐波引起的干扰和噪声，电厂的整体运行环境也得到了改善。

四、安科瑞设备

电能质量分析与治理系统主要研究供配电系统中的无功补偿和谐波治理问题，适用于新建、改建、扩建和技改项目中工业与民用及公共建筑内电气设备的无功补偿、谐波及综合治理等，可根据不同行业类型和负载类型的电能质量问题提供合适的设计解决方案，以达到改善供电质量和确保电力系统安全经济运行的目的。

4.1典型行业

①商业中心/办公大楼/医疗/机场/体育馆：空调、电梯、LED屏幕、可控硅调光系统、音响系统；

②港口码头/造船/造纸/烟草/煤矿：变频器等；

③光伏/充电桩/化工/冶金：变频器、整流器等；

④学校/研究院：实验室、机房设备、数据中心；

⑤工厂：使用大型设备的生产线，高精度数控中心等；

⑥通信/金融/医疗/商业中心：UPS、开关电源等。

4.2系统架构

电能质量分析与治理系统由低压侧电能治理产品组成，主要产品有ANAPF有源电力滤波器、ANSVG静止无功发生器、ANSNP中线安防保护器、ANHPD谐波保护器、ANSVC低压无功功率补偿装置、ANSVG-G-A混合动态滤波补偿装置、ANSVG-S-A混合动态消谐补偿装置、ANSVG-S-G智慧型动态无功补偿装置等。

4.3产品选型

4.3.1谐波治理产品选型

4.3.2无功补偿产品快速选型

4.4产品功能

4.4.1ANAPF有源电力滤波器

ANAPF系列有源电力滤波器并联在电网上，负载电流通过电流互感器采集到ANAPF的控制系统中，通过实时检测电路将负载电流中的谐波分量和基波无功分量分离出来，经控制系统快速运算，采用PWM控制IGBT的触发。通过由大容量IGBT管组成的三相变流器向系统注入补偿电流，该补偿电流与负荷电流中的谐波电流大小相等，方向相反，互相抵消，实现滤除谐波的功能，保证流入电网电流是正弦波。

4.4.2ANSNP中线安防保护器

ANSNP中线安防保护器通过电流检测环节采集系统中性线上各次谐波电流，经控制器快速计算并提取各次谐波电流的含量，产生谐波电流指令，通过功率执行器件产生与谐波电流幅值相等方向相反的补偿电流，并注入中性线，从而消除中性线中过大的电流。

4.4.3ANSVG静止无功发生器

ANSVG模块

ANSVG静止无功发生器是一种用于补偿无功以及不平衡的新型电力电子装置，它能对大小变化的无功以及负序进行快速和连续的补偿，其应用可克服LC补偿器等传统的无功补偿器响应速度慢、补偿效果不能控制、容易与电网发生并联谐振和投切震荡等缺点。

五、结论

某电厂4号的动力电源取自380V除尘4A段母排，经空气开关至装置本体；B段装设的有源滤波器的动力电源取自380V除尘4B段母排，经空气开关至装置本体。因380V除尘4A、4B段#1柜已安装有电流互感器，不用重复装设CT，只需将有源滤波器的CT回路串接进#1柜的原有CT回路。因此，需新增电缆从380V除机组380V除尘4A、4B段加装有源滤波器改造项目，通过滤除除尘段的奇次谐波，减小了其对除尘系统的不良影响，综合保护装置功能恢复正常使用，在运行中故障的几率大大降低，确保了厂用电的安全运行，保证了用电设备正常使用。随着我们对碳达峰、碳中和等工作的持续推进,我国环保质量标准也将会不断的完善和提高,排放监督与控制也会更加严格。为了满足我国及地方的环保政策和法规的要求，作为沿海城市的重点企业，某电厂为响应国家的政策要求，降低污染负荷，规避影响电除尘器除尘效率的一系列问题。有源滤波器改造项目减少了对电除尘配电系统及其综合保护装置的损害和干扰，提高了除尘配电段供电的安全性和可靠性，确保电除尘设备安全可靠运行，这将有助于改善区域环境治理，为电厂持续改善环境质量，推动超低排放、绿色低碳发展增添助力。本项目是在电除尘高压脉冲电源谐波治理上的成功案例，对国内电厂在谐波治理上起到启示借鉴作用，具有良好的经济效益和社会效益。