配电网有源滤波技术的研究和工程应用
基于FPGA的模块化有源电力滤波器研究
基于FPGA的模块化有源电力滤波器研究【摘要】本文针对大容量非线性负载谐波补偿问题，提出了基于FPGA的有源电力滤波器（APF）模块化控制策略，给出了系统结构拓扑，详细阐述了控制系统的硬件电路和软件设计。
实验结果证明，所提出的模块化有源电力滤波器方案适用于大容量谐波补偿，并可以提高系统的稳定性和安全性。
【关键词】有源电力滤波器；模块化；均流控制；FPGA0 引言随着非线性负载在配电网中的应用日益广泛，电能质量严重恶化，而工业发展对电能质量提出了更高的要求，对电网谐波的限制也越来越严格[1]。
有源电力滤波器（APF）是解决谐波问题的理想设备，理论上可以补偿任意次数的谐波电流和无功功率，具有良好的动态性能，受到广泛的关注。
单因其造价和技术原因，特别是容量的问题，在大功率应用领域受到制约[2-3]。
目前，大容量APF的研究取得了较多成果如混合型APF，但因其无源部分参数设计难度大，而且容易发生谐振等缺陷，缺乏通用性；多电平APF具有单机容量大的优点，但电路控制不仅复杂而且对可靠性要求很高，价格也比较昂贵。
多模块并联APF则比较灵活，可以应用于不同容量的谐波抑制场合，而且有利于标准化大规模生产。
[4-5]本文提出基于FPGA为核心控制芯片的新型模块化APF，FPGA具有设计灵活、速度快、不受干扰的特点；按模块容量比例均流控制策略不仅可以增加了设备谐波补偿的能力，而且提高了设备的可靠性和安全性。
实验结果验证了理论分析的正确性。
1 原理、结构和控制方法本文中的有源电力滤波器实现完全模块化，基本结构如图1所示，装置由两部分组成：一为装置的控制系统；二是装置的功率模块。
其中功率模块中集成了一个模块级别的FPGA控制系统、IGBT功率模块、直流侧并联电容和交流侧接入电感。
各个模块之间为并联连接，当单个模块的容量不能满足系统谐波补偿要求，装置需要扩容时，只要增加装置的功率模块就可以了，使得装置可以广泛适用于各种不同容量的谐波抑制场合。
电力有源滤波器原理
电力有源滤波器原理
电力有源滤波器是一种用于滤除电力系统中谐波和干扰信号的装置。
其原理是利用有源元件（如放大器）对输入电流或电压信号进行放大和处理，通过控制输出信号与输入信号之间的相位和幅值关系，实现对特定频率范围内的信号进行滤波。
电力有源滤波器的工作原理类似于定频滤波器，但与传统被动滤波器不同，电力有源滤波器的输出信号是由被动元件和有源元件共同作用产生的。
这些有源元件通常被用作放大器，并且能够向输入电路中注入一定的功率。
在滤波过程中，电力有源滤波器通常根据输入信号的频率变化来调整放大倍数，以实现对特定频率的抑制和衰减。
当输入信号中包含谐波或干扰信号时，滤波器会将其放大，然后通过反馈机制将放大的信号与输入信号相减，以实现对谐波和干扰信号的滤除。
电力有源滤波器的优点是可以根据实际需求进行调整和优化，以适应电力系统中不同频率范围的谐波和干扰信号滤除。
此外，有源滤波器还可以提供较高的功率处理能力，更好地应对电力系统中的大电流负载。
总之，电力有源滤波器利用有源元件进行信号放大和处理，通过控制输出信号与输入信号之间的相位和幅值关系，实现对特定频率范围内的信号进行滤波和滤除。
它在电力系统中具有广泛应用，可以有效提高系统的工作稳定性和可靠性。
《配电网系统背景谐波抑制方案研究》范文
《配电网系统背景谐波抑制方案研究》篇一一、引言随着电力电子技术的快速发展和广泛应用，非线性负荷在配电网中的比重逐渐增加，导致谐波问题日益严重。
谐波不仅会影响电力设备的正常运行，还会对电网的供电质量和稳定性造成严重影响。
因此，研究配电网系统背景下的谐波抑制方案，对于保障电力系统的安全、稳定、经济运行具有重要意义。
二、配电网系统背景谐波产生原因及影响（一）产生原因配电网系统中的谐波主要由非线性负荷产生，如整流设备、变频设备、电弧炉等。
这些设备在工作过程中，会向电网注入谐波电流，导致电网电压波形发生畸变。
（二）影响1. 对电力设备的影响：谐波会使电力设备的运行效率降低，设备寿命缩短，甚至导致设备损坏。
2. 对供电质量的影响：谐波会导致电网电压波动、闪变等现象，影响供电质量。
3. 对电力系统稳定性的影响：谐波会干扰电力系统的正常运行，降低电力系统的稳定性，甚至引发电力系统故障。
三、谐波抑制方案研究（一）无源滤波器（PPF）无源滤波器是一种传统的谐波抑制方法，通过在电路中接入电容器、电感器等元件，对特定频率的谐波进行滤波。
无源滤波器的优点是结构简单、成本低，但滤波效果受电网阻抗、谐波成分等因素影响较大。
（二）有源滤波器（APF）有源滤波器是一种基于电力电子技术的谐波抑制方法，通过实时检测电网中的谐波电流，并产生反向电流进行抵消，从而达到抑制谐波的目的。
有源滤波器的优点是滤波效果好、响应速度快，但成本较高。
（三）综合治理方案针对配电网系统背景下的谐波问题，可以采取综合治理方案。
具体包括：1. 对非线性负荷进行分类管理，优先治理谐波污染严重的设备。
2. 在关键节点安装无源滤波器和有源滤波器，对特定频率的谐波进行滤波和抑制。
3. 优化配电网结构，降低电网阻抗，减少谐波在电网中的传播。
4. 加强谐波监测和治理设备的维护和检修，确保其正常运行。
5. 推广使用绿色、环保的电力电子设备，减少非线性负荷的产生。
四、实例分析以某城市配电网为例，该城市配电网中存在严重的谐波污染问题。
有源电力滤波器综述
负载 电流不平衡 或三相 电源 电压不对称 时 ，尤其 在 三相 四线制 系统或 不 需要 三相 桥逆 变 器 的系统 中， 可 以采用 三套单 相逆变器 电路 结构进行 补偿 。 ２ １２ 中等 功率等 级应 用 ．．
２ １１ 低功率等级应用 ．． 功 率低 于 １０ Ｖ 的系 统 属 于 低 功 率 等 级 应 ０ｋ Ａ
用 ，使用 范 围 主要 包 括 民用住 宅 、商 业 大 楼 、医
院 、小规 模 到 中 等 规 模 的工 业 负 载 和 驱 动 系 统 。
这 些 系统 通 常采用 技 术 比较 复 杂 的动 态 有 源 滤 波
收稿 日期 ：２ １ ０ ０—０ ６—１ ５
功 率从 １０ Ｖ ０ ｋ Ａ到 １ＭＶ 的三相 系统 属 于 中 ０ Ａ
低 功 率等 级 应用 （ 于ｌ ｋ＾ 小 ￣ Ｖ）
需要平 衡三相 负荷 的电流或 电压 ，只需 对谐波 电流
进行 补偿 ，可以采用三相逆 变器 电路结 构 。当三 相
一 １补 Ｉ 撩 相嚣 ｌ罐ｉ ｌ ｛ ｌ 偿 单 ｌ 一 ｌ 黧 一
图 １ Ａ Ｆ根 据 功 率 等 级 和 响应 速 度 的分 类 图 Ｐ
为 了实 现相 应 的 补 偿 功能 ，补 偿 系 统 的 功 率
等级和响应速度决定了 Ａ Ｆ的控制策略。功率等 Ｐ 级 与 响应 速 度 之 间 有 着 密 切 的 相 互 联 系 。通 常 ， 响应速 度越 快系统 花 费 的成场 合 ，根 据三 相 负载 ） 是否平 衡而采 用不 同的有 源 电力滤 波 器 电路结 构 。 当功率 等 级 相 对 较 低 时 ，如 ：１０ Ｖ ０ ｋ Ａ，可 以使 用 三套单 相系统进 行补偿 ，也可以使用一 套三相 系统 进行 补偿 。当三 相负荷平衡 时 ，有源 电力滤波器 不
10kV配电网混合型有源滤波器的研制
（ ｎ ｎＵ ｉｅ ｔ ， ｈ ｎｓａ４ ０ ８ ， ｈｎ ） Ｈｕ ａ ｎ ｒｉ Ｃ ａｇｈ １０ ２ Ｃ ｉ ｖ ｓｙ ａ
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唐 欣 ，罗 安 ， 春 鸣 涂
４０ ８） １０ ２ （ 南大学， 南 长沙 湖 湖
摘 要 ： 对 中 小型 企 业 谐 波 治理 的要 求 ， 分 析 Ｌ 针 在 Ｃ和 Ｌ Ｃ电 路谐 振 特 性 的 基 础 上 ， 出 了一 种 新 颖 的 谐波 注 入 式 电 Ｃ 提
路。该 电路减小了有源滤波部分的容量 ， 少了无源元器件的使用数量 ， 减 占地面积小 ， 达到 了工程应用 的目的。详细
ｆａ ｕ ｅ ｌ ｗ ｄ Ｓ ｏ ｏ ｎ ｃ ｈ ｈ ｂ ｉ ｆ ｔ ｒ ｄ ｒ ｃｌ ｔ ｔ ｅ Ｖ ｐ ｗｅ ｌ ｅ ｅ ｔ ｒ ａ ｌ ｅ Ｕ ｔ ｃ ｎ ｅ ｔ ｔ ｅ ｙ ｒ ｉ ｅ ｉ ｔ ｏ ｈ １ ｋ ｏ ｄ ｌ ｅ ｙ ０ ｏ ｒ ｉ ｗｉ ｏ ｔ ｔ ｐ ｄ ｗ ｔａ ｓｏ ｅ ｓ ｎ ｔ ｕ ｓ — ｏ ｎ ｒ ｎ ｆｒ ｒ ． ｈ ｅ ｍ
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在配电网谐波扩散抑制中并联有源滤波器的检测方式和安装位置研究
、
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性 和 谐 波 扩散 抑 制 效 果 的 影 响 。认 为 ：最 好 的 检 测 方 式 是 检 测 有 源 滤 波 器 安 装 点 处 的 电 压 方 式 ； 最好 的 安 装 位 置 是 馈 线 的 最 末 端 。并 用 仿 真 结 果 验 证 了相 关 结 论 的 正 确 性 。 关 键 词 ：配 电 网 ；有 源 滤 波 器 ；谐 波 扩 散 ；检 测 方 式 ；安 装 位 置 中图 分 类 号 ：Ｔ ２ ；Ｔ ４ Ｍ７ ７ Ｍ７４ 文 献 标 志 码 ：Ａ
Ｓｔ ｄ ｎ Ｄｅ ｅ ｔｎｇ Ｍ ｏ ｅ ｎｄ Ｉ ｔ ｌａ ｉ ｎ ｓｔｏ ｆＳ ｎｔＡｃ ｉ ｅ Ｆｉｔ ｒ ｕ ｙ ｏ ｔｃ ｉ ｄ ｓ ａ ｎｓ ａ ｌ ｔｏ Ｐｏ ｉｉ ｎｓ ｏ ｈｕ ｔｖ ｌｅ ｓ ｆ ｒ Ｈａ ｍ ｏ ｃ Ｐｒ ｐａ ａ ｉ ｎ Ｄａ ｐｉ ｇ ｉ ｗｅ ｓ ｒ ｂ ｔｏ ｓ ｅ ｏ ｒ ｎｉ ｏ ｇ ｔｏ ｍ ｎ ｎ Ｐｏ ｒ Ｄｉ ｔ ｉ ｕ ｉ ｎ Ｓｙ ｔ ｍ
谐 波 污染 日益严 重 。传 统 的滤 波方 法 是 采 用 基 于
谐 振 原理 的无 源 滤 波 器 ，但 只 能 滤 除 设 定 次 数 的 谐 波 ，且 易与 电 网产 生 串 、并 联 谐 振 。有 源滤 波
器能 动 态治 理 各 次 谐 波 ，因 而 成 为 谐 波 滤 除 的 发 展 方 向［ 。 目前 关注 的重点 主要 集 中于有 源滤 波器 对确定
电气工程中的智能配电网技术研究与应用分析
电气工程中的智能配电网技术研究与应用分析随着科技的飞速发展，智能化已经渗透到了各个领域，电气工程也不例外。
智能配电网技术的研究与应用，正成为电气工程领域的热门话题。
本文将重点围绕智能配电网技术的研究与应用展开，分析其优势和挑战。
一、智能配电网技术的概述智能配电网技术是指利用先进的通信、计算机、控制和信息传感技术，实时监测、控制和优化电力系统的配电过程。
通过对电网实时信息的采集和分析，可以实现对电力供需的精确预测和优化，提高电能供应的可靠性和稳定性。
智能配电网技术具备高效性、智能化、可靠性等特点，对提升电力系统的运行效率和维护管理水平具有重要意义。
二、智能配电网技术的优势1. 降低能耗和成本：智能配电网技术可以实时监测电力系统的运行状态，对电力供需进行预测，并通过调整供电方案和优化电力负荷，降低能耗和成本。
2. 提高供电可靠性：智能配电网技术可以通过远程监控和自动化控制，实时检测电力系统的故障和异常情况，及时采取措施进行修复，提高供电可靠性。
3. 支持可再生能源接入：智能配电网技术可以灵活地管理和调度不同的能源资源，使可再生能源的接入更加便捷和高效。
4. 实现电力系统的灵活性和互联互通：智能配电网技术可以对设备进行实时监测和远程控制，实现电力系统的灵活性和互联互通，提高电力系统的运行效率。
三、智能配电网技术的应用领域1. 车载电气系统：智能配电网技术可以应用于电动汽车的充电管理和智能停车系统，提高充电效率和停车场的管理水平。
2. 建筑智能化系统：智能配电网技术可以应用于建筑物的能源管理系统和智能家居系统，实现对用电设备的实时监测和远程控制，降低用电成本。
3. 工业电气系统：智能配电网技术可以应用于工业生产线的电力供应和负荷监测，提高生产效率和降低能耗。
4. 城市电力系统：智能配电网技术可以应用于城市电力系统的远程监控和调度，实现对电力设备的智能管理和优化配电方案。
四、智能配电网技术的挑战1. 安全和隐私问题：智能配电网技术需要大量的数据采集和传输，这会增加系统的安全和隐私风险，需要采取适当的安全措施进行防护。
论新型有源电力滤波器治理企业配电网谐波
【 关键词 】 配电网； 企业 ： 谐 波； 治理 ； 有源电力滤 波器 ； 新型； 应 用； 分析
配 电 网谐 波 对 于 电 网 的 安 全 稳 定 运 行 有 着极 为 不 利 的 影
响 大型 厂 矿 企 业 的配 电 网 系统 的安 全 稳 定运 行 ． 对 于企 业 的
补充 ． 客服谐波治理的局限性。 这 种 有 源 电 力 滤波 器与 无 源 电 力 滤 波 器 混合 应 用 的 滤 波 技 术 与 方 式 ，也 被 称 为 是 新 型 有 源
电 网谐 波 治 理 中 ． 也 主 要 是 依 据 配 电 网 谐 波 的 产 生原 理 ， 采用
动 态 谐 波 补偿 的 方 法 进 行 治 理 和 控 制 ． 以保 证 配 电 网 的 安 全
稳 定 运 行 通 常情 况 下 。 在 企 业 配 电 网谐 波 治 理 中 。 通 过 无 源
及 特 征优 势进 行 分析 ， 促 进 新 型 有 源 电力 滤 波 器 的推 广应 用。
ｌ 新型有源 电力滤波器及其 结构特征分析
１ ． １ 新型有源电力滤波技术 ．
配 电 网运 行 过 程 中 ．配 电 网谐 波 主要 是 配 电 网 电弧 炉 以
及 变频 装 置运 行 应 用 中产 生 的 一 种 动 态谐 波 ， 因此 ． 在 进 行 配
一
定 的 无 功功 率补 偿 容 量 ． 有 利 于进 行额 外并 补 电容 器 装 置成
电 压 型逆 变 器 以及 耦 合 变・ 压 器、 纹波滤波器、 注入 支路 等 结 构
本 的 节 约 和控 制避 免 ， 有 着积 极 的 作 用 和 意 义 。本 文 通 过 对 于 部 分 组 成 ， 在 整 个 有 源 电力 滤 波 器 系统 结 构 中 ． 直 流侧 电 容 以 新 型 有 源 电 力滤 波 器 结 构特 点 以 及进 行 配 电 网谐 波 治理 中补 及 电压 型逆 变 器等 结 构 部 分 ，主 要 组 成 有 源 电 力 滤 波 器 系统
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配电网有源滤波技术的研究和工程应用
摘要：随着社会的全面发展，配电网有源滤波技术的应用十分重要。其不仅能
够让整体的配电效率得到相应的提升，还能让配电网滤波体系得到相应的优化。
本文主要针对配电网有源滤波技术的研究进行分析，并提出了相应的优化措施。
关键词：配电网；滤波技术；研究；工程应用
在进行配电网有源滤波技术的整体研究过程中，其需要采用多种不同的方式
让整体的配电体系得到相应的优化。但在实际的应用过程中，其依旧会面临诸多
的问题。首先在滤波电磁体系上其需要结合滤波网的变化情况对其有源滤波体系
进行相应的体系构建。
1.有源滤波的发展、特点及其基本原理
一般来说，采用电力滤波的装置可以非常有效的吸收谐波源所产生的谐波电
流，可以对谐波污染的问题进行非常有效地控制。随着近些年来，我国经济的快
速发展，电子技术也随之得到了很大的进步，配电网有源滤波技术也得到了很大
的发展。随着对非正弦条件下无功率补偿理论的深入研究，有源滤波技术得到了
更加充分地应用，并在工业上得到了十分广泛的运用。
从有源滤波技术本身所具备的特性来看，其具有高度的可控性和快速的响应
性。接下来，我们就来对其所具备的特点进行一定的分析：（1）具有一机多功
能的特点。在进行实际使用的过程中，我们可以看到，其不仅仅可以对各次谐波
进行一定的补偿，而且性价比也相对较高，具有很强的实用性；（2）不会受到
系统阻抗的影响，也不会对系统阻抗的功能造成影响，可以消除与系统阻抗发生
谐振的危险；（3）具有很强的自适应性。【1】
随着电子技术的不断发展，有源滤波技术的应用也越来越广泛。有源滤波器
的整体结构比较简单，其系统主要由指令电流运算电路和补偿电流发生电路这两
个部分组成。但是由于其成本比较高，这是在实际应用的过程中，受到限制的最
大因素。
2.有源滤波的选择方法
2.1有源滤波器三相三线和四相四线的选择
在有源滤波器的使用中，会有不同系统的选择。其中三相四线的系统与三相
三线的系统，二者之间的最为本质的区别就是零线，在进行实际使用的过程中，
最为重要的就是做好对零线的处理工作，也就是说要做好三相电流中零序分量的
处理。从实际使用的情况来看，三相四线的系统更加适用于商务建筑混合型负载，
例如：电脑、电梯、空调、电子门等相关设备的使用。而三相三线的系统就更加
适用于一些比较大型的工业建筑，例如：整流器、变频器等。
2.2确定有源电力滤波器的容量
1）通过对电网进行实际的测量，可以得出谐波电流的大小，例如：当测得某
系统中的总电流畸变率为25%时，假设总的电流为1000A，则可以计算出总谐波
的电流为1000A×25%=250A，如果按照1.25倍的谐波裕度进行计算，则总谐波的
电流为250A×1.25=312A，那么可以选择容量大小为300A的有源滤波器（谐波电
流测试设备是HIOKI、CA、FLUCK及其它有关专业电能质量测试仪）。
2）如果是增加新设计或新负载的实际情况，那么需要估算有源电力滤波器的
实际容量。在整个过程中，最重要的步骤是需要对非线性的负载进行估算，根据
实际的测量经验来看，三相整流桥式电源一般由UPS、变频器以及一般二极管构
成，该电源的总电流畸变率一般保持在25%～35%之间，在特殊情况下电源的总
电流畸变率可能有45%左右，因此，根据这类负载的额定电流值，能够将谐波电
流计算出来。谐波电流=负载额定电流×25%~35%。
3）如果实行多台此类负载之间的并联运行，可以按照均方根方法对总谐波电
流值进行计算。在进行整体的配电网体系的应用过程中，其需要对各种负载的整
体变化数值进行较为明确的数据分析。同时，还要对其谐波的总电流值进行负载
电流的变化进行相应的监督。最终使得配电网有源滤波体系得到相应的优化。在
总体谐波电流的分析过程中，其不同的电流值会有不同的线性效果。通常情况下，
第一台非线性负载的谐波电流会有不同的数据感应效果。其电流单位为A；I2表
示第二台非线性负载的谐波电流，单位为A；……In为第n台非线性负载的谐波电
流，单位A。通过不同的单位电流的配合，其滤波数据也会发生不同程度的变化，
最终使得配电网滤波技术的研究体系得到相应的优化。【2】
3.有源滤波器应用工程案例
分别在厦门某铁路段1号母线段和2号母线段安装了两台三相四线有源电力
滤波器，两台变压器的容量都是1250kV•A，负载最大电流为1500A左右，在负
载的电网侧会存在较大的谐波电流，当负载的输出为80%左右额定负荷
（1200A/380V）时，流入电网电压的畸变率为12%，电流的畸变率就会变为30%，
主要依次存在于3、5、7、11、13、17、19次特征次谐波中。
有源电力滤波器中的容量测得为300A，在将有源电力滤波器真正投入运行之
后，发现在滤除系统中的谐波电流会发生显著的作用，这样能够明显的改善流入
电网的电流波形，极大的降低了电网电流的谐波畸变率，该畸变率由原来的30%
会下降到3%，其中各次电流相对于基波的含量均在2%以下。与此同时，对于电
网的电压波形而言，也会得到明显的改善，总的电压畸变率也会由原来的12%下
降到1.5%，其中对于各次电压相对于基波的含量都会降至0.5%以下，这样对于
整个滤波器而言，都能够起到明显的滤波效果，使得滤波器效果最佳，达到了最
终滤除谐波的目的
在有源滤波器的体系构建过程中，其滤波体系会根据配电网的整体变化情况，
对其不同的电网负荷进行相应的调整。但在实际的工程应用的过程中，其配电网
滤波技术体系可以结合其电网的变化趋势对其进行不同局面的应用。对于滤波的
频率其同样需要进行综合性的调整。最终使得配电网有源滤波技术体系得到整体
性的优化。
4.结语
配电网有源滤波技术体系的应用十分重要。其能够让电网的整体应用效果全
面的发挥出来。在进行应用的过程中，其首先需要采用多种不同的方式让配电网
的结构体系得到相应的优化。与此同时，还要选择多种不同的有源滤波进行对比
以及比较。让有源电力的电容量得到相应的提高。最后还要结合实际的工程案例
对有源滤波技术体系进行全面性的分析。从而使得滤波技术体系在配电网中的应
用更加成熟。
考文献：
[1]大功率并联混合型有源电力滤波器的研制[J].谭甜源，罗安，唐欣，涂春鸣.
中国电机工程学报.2014（03）
[2]考虑谐波源随机过程的配电网络滤波装置优化配置[J].沈红，赵勇，李建华，
夏道止.电网技术.2012（11）