根據目前很多大中型企業使用的高壓變頻器存在的問題，如電網的諧波汙染、電網功率因數低，而提出的將有源電力濾波應用在高壓變頻器上。將有源電力濾波器和高壓變頻器結合起來應用，能很好地實現節能減排，還能減小用電設備對電網的諧波汙染和提高自身的功率因數。
隨著現代電力電子技術和微電子技術的迅猛發展，高壓大功率變頻調速裝置不斷成熟起來，原來一直難於解決的高壓問題，近年來通過器件串聯或單元串聯得到了很好地解決，其應用領域和範圍也越來越廣泛，這使得高效、合理地利用能源（尤其是電能）成為可能。電機是國民經濟中主要的耗電大戶，高壓大功率電機則更為突出，而這些設備大部分都有節能的潛力，大力發展高壓大功率變頻調速技術具有深遠的意義。
有源電力濾波器（APF）是一種用於動態抑制諧波、補償無功的新型電力電子裝置，它能夠對大小和頻率都變化的諧波以及變化的無功進行補償。目前有源濾波器主要應用在380V電壓等級的用電設備上，對於高壓等級的用電設備應用很少。
下面主要針對高壓變頻器不可控整流、半控整流功率因數低、諧波大、效率低等問題，提出將有源濾波器和高壓變頻器結合應用在用電設備上，從而實現高效、節能、環保。
1 有源濾波器的拓撲結構及原理
圖1 有源濾波器主電路及控制框圖
有源濾波器同無源濾波器比較，諧波治理效果更好，可以同時濾除多次及高次諧波，且不會引起諧振。目前的有源濾波器均以低壓為主，高壓有源濾波器技術已經成熟，但是實際應用安全係數很低，國際普遍做法是以變壓器升壓，來保證其可靠性，國家相關部門也要求以變壓器升壓的形式和有源濾波器結合，治理高壓諧波。
有源電力濾波器通過電流互感器檢測負載電流，並通過內部DSP計算，提取出負載電流中的諧波成分，然後通過PWM信號發送給內部IGBT，控制逆變器產生一個和負載諧波電流大小相等，方向相反的諧波電流注入到電網中，從而達到濾波的目的。
2 高壓變頻器的拓撲結構及原理
高壓變頻器是指輸入電源電壓在3kV以上的大功率變頻器，主要電壓等級有3kV、3.3 kV、6 kV、6.6 kV、10 kV等。
高壓變頻器有高—低—高、低—高、高—高之分：
- 高—低—高方式高壓變頻器是將高壓電源用變壓器降壓後，用低壓變頻器進行控制，再用升壓變壓器將電壓升到電機使用的電壓。一般高—低—高方式都用在小功率的高壓電機做變頻節能用。
- 低—高方式高壓變頻器是用低壓變頻器控制後，直接用升壓變壓器升到電機使用電壓。該方式也是用在小功率高壓電機變頻節能用。
- 高—高方式高壓變頻器是直接用變頻器多個模塊級聯組成，直接使用高壓電源，直接輸出高壓供電機使用。高—高方式主要用在大功率高壓電機做變頻節能用。
目前大多數高壓變頻器廠家都是採用級聯式方式，本文也是以級聯式高壓變頻器為應用實例作分析。下圖2為高壓變頻器系統結構圖。
圖2 高壓變頻器系統結構圖
圖3 高壓變頻器和有源濾波器拓撲結構圖（以移相變壓器二次側只在一個單元上加載有源濾波器為例說明）
圖4 高壓變頻器和有源濾波器拓撲結構圖（以在移相變壓器一次側加載有源濾波器為例說明）
3 實驗結果
客戶現場為一臺高壓變頻器（額定電流為88A，額定電壓6kV）帶動一臺電動機（額定電流為64A，額定電壓6kV），高壓變頻器每相為6個單元串聯組成。本文以圖3所示的只加載移相變壓器二次側一個單元為例，來說明採用上海追日電氣有限公司的ZAPF有源電力濾波器對高壓變頻器諧波濾除情況，圖5為一個單元的輸入前端的電流波形，諧波含量很大，達到71.3%，圖6為通過變壓器把有源濾波器加載到該單元后電流波形變化，電流諧波明顯減小，達到4.046%，達到國家標準要求，通過波形對比可以看出，有源濾波器能很好地將諧波濾除，能很好地控制諧波對電網的汙染。
這只是18個單元中其中一個的諧波電流治理實例，如果18個單元全部採用加載有源濾波器，經濟成本及佔地空間都很大。可以採用通過變壓器加載到移相變壓器前端6kV電壓等級上，通過換算有源濾波器容量應相應的增加，這樣可以減少經濟成本和佔地空間。
通過一個實驗實例可以說明，將有源電力濾波器和高壓變頻器結合起來應用能很好地實現淨化電網、提高效率、節能減排，可以大力推廣到市場上應用。
圖5 高壓變頻器一個單元輸入側電流波形圖
圖6 有源濾波器加載到高壓變頻器一個單元前後的電流波形圖及諧波數據分析對比
4 結論
實驗結果表明，將有源濾波器和高壓變頻器結合起來應用，能夠很好地控制電網側電流，使其諧波含量減少，功率因數接近為1，大大減少了對電網的汙染。這種方法有效地將節能減排、能源環保結合在一起。實驗也表明該系統能穩定、可靠地工作，具有較好的實用價值。
（編自《電氣技術》，原文標題為“有源電力濾波器與高壓變頻器結合應用研究”，作者為王西前。）
