6．谐波的治理方法
从目前来看，治理谐波的主要方法有以下几种：①从受到谐波影响的设备或系统出发，使其不产生或少产生谐波主要有以下几种:选择合理的供电方式；避免电容器对谐波的放大；提高设备抗谐波干扰能力；改善谐波保护性能；改善谐波源的配置或工作方式；采用多重化技术等等。但由于受设备结构、效率、成本、可靠性等因素影响，只能解决部分问题；②应用失谐电抗器抑制谐波共振放大主要抑制谐波共振放大，滤波作用较小；③使用LC无源电力滤波器进行谐波治理在谐波源附近或公用电网节点装设单调谐及高通滤波器，可以吸收谐波电流，同时还可以进行无功功率补偿，运行维护简单，成本低，技术成熟，是目前使用最为广泛的谐波治理方法，但由于治理效果不够理想，只能对特定谐波进行滤波，且滤波性能不稳定，设计不当时，可能导致谐波放大和系统震荡等新问题。另外它消耗大量有色金属，体积大，占地面积大，所以将逐步被淘汰。④使用有源电力滤波器进行谐波治理有源电力滤波器的滤波性能不受系统阻抗的影响，实现了动态治理，可以同时对无功和负序进行补偿，也可对多个谐波源集中治理。随着大功率快速自关断器件的不断发展，基于瞬时无功功率理论的谐波检测方法的不断完善，以及自动化控制技术和数字信号处理技术的不断进步，有源电力滤波器得到了极大的发展，现已进入实用阶段。
总结以上谐波治理方法，可以将它们分为两类：一是，主动型谐波抑制，即对电力电子装置本身设计进行改进，使其尽可能地不产生谐波或对其功率因数进行控制；二是，被动型谐波抑制，即谐波负载本身不加改变，而是在电力系统或谐波负载的交流侧加装滤波器装置，通过外加设施对电网实施谐波补偿。
6.1 主动型谐波抑制
主动谐波治理是从谐波源本身出发，使谐波源不产生谐波或降低谐波源产
生的谐波。
图6.1.1 主动型电压质量控制器
图6.1.1所示为主动型电压质量控制器,它串联于电网与负载之间。控制时,通过检测电网电压,将获得的电源电压信号与标准信号进行比较,生成需要补偿的指令信号。通过该信号对变流器进行控制,获得需要的补偿电压,叠加到负载电路中,能解决供电电网谐波、波动、闪变、瞬间中断等电压质量问题。大功率变流技术理论证明,脉波越多的变流器,对谐波的抑制效果愈好。因此,将原来的6脉波的变流设计技术,改为12脉波或24脉波的变流设计,以减少交流侧的谐波电流含量,但随着脉波数越多整流变压器的结构就更复杂。
主动治理谐波的措施主要有：
（1）采用脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)技术[3-5]。PWM技术使得整流器产生的谐波大大降低，输入波形接近正弦波。PWM整流电路模型如图6.1.2所示，PWM整流器具有降低整流负载注入电网谐波和提高网侧功率因数等优点。
图6.1.2 PWM整流电路模型
（2）增加变流装置的相数或脉冲数。改造变流装置或利用相互间有一定移相角的换流变压器，可有效减小谐波含量，其中包括多脉整流和准多脉整流技术。十二脉波整流电路如图6.1.3所示。
图6.1.3十二脉波整流电路
（3）高功率因数变流器。比如采用矩阵式变频器、四象限变流器等，使变流器产生的谐波减少。矩阵变换器的结构图如图6.1.4所示。
图 6.1.4 矩阵变换器拓扑图
6.2 被动型谐波抑制
主动治理通过改进电力电子装置的控制方式，减少其谐波的产生，而被动治理则是通过安装电能质量治理装置来抑制谐波对电网的危害。被动型谐波治理原理图，如图6.2.1：
图 6.2.1 被动型谐波治理原理图
目前常用的电能质量装置有：
（1）无源电力滤波器（Passive Power Filter，PPF）。
PPF可以吸收谐波电流，同时还可以进行无功功率补偿。PPF又称LC滤波器，是传统的谐波补偿装置，它是由谐波电容器和电抗器组合而成的滤波装置，与谐波源并联。通常在谐波源附近或公用电网节点装设单调谐及高通滤波器，这样不仅可以吸收谐波电流，同时还可以进行无功功率补偿，运行维护也简单，因而PPF得到广泛的应用。
（2）有源电力滤波器（Active Power Filter，APF）。
APF可以有效地起到补偿或隔离谐波的作用，并联型APF还可以进行无功功率补偿。并联型APF结构图如图6所示。与PPF相比，APF具有以下一些优点：滤波性能不受系统阻抗的影响；不会与系统阻抗发生串联或并联谐振，系统结构的变化不会影响治理效果；原理上更优越，用一台装置就能完成各次谐波的治理；实现了动态治理，能够迅速响应谐波的频率和大小发生的变化；具备多种补偿功能，可以对无功功率和负序进行补偿。
图 6.2.2 APF结构原理图
（3）混合型有源电力滤波器(Hybrid Active PowerFilter，HAPF)。 HAPF兼具PPF成本低廉和APF性能优越的优点，很适合工程应用。注入式HAPF由于注入支路的存在大大降低了有源部分的容量，使其能适用于高压配电网，并能同时实现无功补偿和谐波治理。
一般来说,谐波源的谐波信号总是快速变化的。即谐波次数的多少和含量的大小,都随着负载或系统的变化而改变。根据傅立叶级数展开分析可知,消除谐波电流含量,必须使谐波幅值为零。图2为APF原理图,为达到消除指定谐波和控制基波幅值的目的,可以通过检测电网电压(电流),将获得的电源电压(电流)信号与标准信号进行比较,生成需要补偿的指令信号,产生需要的补偿电压(电流),叠加到电网中去抑制,自动跟踪实时补偿,从而改善电源质量。