开关电源设备应用很广,它的工作原理是先把交流整流成直流,通过开关管控制变压器初级电流的开通和关闭,从而在变压器二次侧感应出电流,供给用电设备。此外,开关电源的频率比较高一般在40kHz左右,不仅在整流时产生谐波,而且在开关管开闭时,反射40kHz左右的波至电源。这类用电设备同样是单台容量不大,但它是应用面最广、量最大的非线性用电设备,它还有一定量的三次谐波,造成配变的中心线电流居高不下,而且三次谐波还会通过配变污染到10kV电网。
有源滤波器(Active Power Filter,简称APF)是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置,它能够对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿。之所以称为有源,顾名思义该装置需要提供电源(用以补偿主电路的谐波),其应用可克服LC无源滤波器等传统的谐波抑制和无功补偿方法的缺点(传统的只能固定补偿),实现了动态跟踪补偿,而且可以既补谐波又补无功。
为此,影响电网电压波形质量的主要矛盾是非线性用电设备,也就是说非线性用电设备是主要的谐波源,非线性用电设备主要有以下四大类:
IT设备是精密性的设备,对各种频率的干扰十分敏感,有高次谐波引起的电压畸变将严重影响IT设备质量,使通信线路比特错误率大大提高,甚至可以高到使整个网络瘫痪。
布局电能质量治理的上市企业也逐渐增多,包括森源电气、荣信股份、思源电气、和顺电气、恒顺电气、四方股份等。
有源滤波器主要是治理电流谐波,有源滤波器同无源滤波器比较,治理效果好,主要可以同时滤除多次及高次谐波,不会引起谐振,但是价位相对高。如图所示为有源滤波结构图。
电力系统中的谐波来自电气设备,也就是说来自发电设备和用电设备。由于发电机的转子产生的磁场不可能是完善的正弦波,因此发电机发出的电压波形不可能是一点不失真的正弦波。目前我国应用的发电机有两大类:隐极机和凸极机。隐极机多用于汽轮发电机,凸极机多用于水轮发电机。
由电容器、电抗器和电阻器适当组合而成,其基本原理是利用电路谐振的特点,形成某次或某些谐波的低阻抗通道,将大部分谐波电流分流,分为单调谐滤波器、双调谐滤波器和高通滤波器等几种。通俗的来说,传统的滤波器组成支路对谐波有吸引作用,对应次的谐波大部分都进去到这个支路。单调谐滤波器仅针对某一特定设计频率,例如3次、5次、7次等,形成对特定次数谐波的低阻抗通道。实际中常用几组针对不同频率的单调谐滤波器和一组二阶高通滤波器组成滤波成套装置。无源滤波器中含有一定量的电容,可提供固定容量的无功功率,起到一定的改善功率因数效果。