摘要：选煤厂作为高耗能工业场所，其电力系统中存在大量非线性负载，从而引发严重的谐波污染问题。本文聚焦有源电力滤波器在选煤厂电力系统中的关键应用，分析了选煤厂谐波的产生机理与危害，对比了无源电力滤波器与有源电力滤波器的工作原理及技术特点，并阐述了谐波电流的估算方法及其在选煤厂电力系统中的具体应用方案。通过实际案例证明，有源电力滤波器在抑制谐波、改善功率因数和设备保护方面效果显著，为选煤厂电力系统的优化运行提供了有效的技术解决方案。
关键词：变频器；谐波治理；有源电力滤波器；电能质量
一、引言
随着选煤工艺的自动化与电气化水平不断提升，变频驱动设备、整流装置等非线性负载在选煤厂中得到广泛应用。这在提升生产效率的同时，也导致电力系统谐波污染日趋严重。谐波不仅会造成电能质量下降，还会引发电气设备过热、误动作甚至损坏，对选煤厂的安全生产和经济效益构成严重威胁。
有源电力滤波器作为一种先进的谐波动态治理装置，具备响应速度快、滤波效果好、适应性强等优点，在电力系统中获得广泛认可。因此，深入研究有源电力滤波器在选煤厂电力系统中的应用，剖析其技术优势、实施方案及实际成效，对解决该类场所的谐波问题具有重要的参考价值。
二、选煤厂电力系统中的谐波问题
选煤厂电力系统的谐波主要来源于变频器、软启动器、整流器等非线性负载。这些设备运行过程中会产生丰富的谐波频谱，其中5次、7次等低次谐波占比较高。谐波会引发一系列问题，如导致变压器与电缆过热、降低电动机效率、引发保护装置误动作等。
具体而言，谐波对选煤厂电力系统的影响主要体现在：其一，增加线路及设备的附加损耗，降低系统的整体运行效率；其二，引起电压波形畸变，干扰精密与敏感设备的正常运行；其三，对通信及控制系统产生电磁干扰，导致控制信号失真。若电气设备长期处于谐波污染的环境中，其使用寿命将显著缩短，维护成本也随之增加。
三、谐波治理的方案和手段
谐波治理通常遵循“大功率就地治理，小功率集中治理”的原则。对于大功率的谐波源，宜在谐波源处进行治理；对于小功率的负载，则可在母线上进行集中治理。鉴于选煤厂低压系统谐波源众多、构成复杂，在低压母线实施集中治理成为常用且有效的方案。
（一）LC无源电力滤波器
无源电力滤波器由电容器、电抗器、电阻器等无源元件构成，通过参数设计，使滤波支路对某次谐波或更高次谐波形成低阻抗通路，以达到抑制谐波的目的。该装置具有成本低廉、结构简单等优点，但其补偿容量和滤波性能对电网系统阻抗、电压、频率、环境温度以及滤波电容老化等变化较为敏感，可能难以达成设计效果。
（二）APF有源电力滤波器
有源电力滤波器通过实时检测负载电流中的谐波成分，并生成与之相位相反、幅值相等的补偿电流，从而有效抵消系统中的谐波。其核心部件包括谐波检测电路、PWM控制电路和功率逆变器。
与传统的无源电力滤波器相比，有源电力滤波器具有以下显著优势：其一，动态响应速度快，能够实时跟踪谐波的变化；其二，滤波效果良好，可同时抑制多种谐波；其三，不会与系统发生谐振，安全性较高；其四，体积小，安装灵活，便于在改造项目中应用；其五，除抑制谐波之外，还能够提供无功补偿功能。
综上所述，对于谐波含量大、频谱情况复杂的选煤厂低压系统，有源电力滤波器更适宜用于谐波治理。
四、低压供电系统中谐波的估算
在新建或改造项目中，当缺乏专业谐波检测条件时，需对系统谐波含量进行合理估算，以便为有源电力滤波器的容量选型提供依据。谐波主要由非线性负载产生，因此估算应基于非线性负载的装机容量进行。估算方法可参考以下公式：
说明：
Ih：系统的谐波电流总有效值，单位安培（A）；P：系统中的变频器的总装机容量，单位千瓦（kW）；K：变频器同期运行系数（若P为实际运行容量，则K取1）；Un：系统的实际电压，单位千伏（kV）；Ithd：变频器的谐波电流畸变率，按35%考虑。
五、应用案例
以某大型选煤厂为例，该厂在变频驱动系统投入运行后，动力变压器噪声大且发热严重，部分设备频繁出现过热现象。随后，对系统谐波进行了测试。谐波测试结果显示，0.4kV母线电流总谐波畸变率达到23%，系统电流约为1480A。
通过计算，谐波电流有效值约为340A，安装500A有源电力滤波器装置后，系统电压畸变率降至1.2%，谐波电流畸变率降低至6%以内，电动机温升明显下降。经测算，该项目投资回收期约为2.5年，经济效益显著。
六、结语
有源电力滤波器在选煤厂电力系统中展现了优异的谐波治理效果，能够有效解决因非线性负载引发的电能质量问题。随着技术的不断进步，有源电力滤波器在可靠性、经济性与智能化水平方面将持续提升，为选煤厂电力系统的安全、稳定、高效运行提供了更有力的保障。建议在新建选煤厂的设计与老旧选煤厂的改造中，将谐波治理纳入整体规划，优先考虑采用有源滤波技术。
参考文献：
[1] George J.Wakileh.电力系统谐波：基本原理、分析方法和滤波器设计[M].北京:机械工业出版社,2011.
[2] 姜齐荣,赵东元,陈建业.有源电力滤波器：结构·原理·控制[M].北京:科学出版社,2005.
[3] 王兆安,刘进军,王跃,等.谐波抑制和无功功率补偿[M].北京:机械工业出版社,2016
[4] 马占敖,江平,王琮泽,等.有源电力滤波器的谐波抑制技术在煤矿供电系统中的应用[J].煤炭技术,2011,30(4):28-30.
[5] 何瑞花.电力系统谐波的危害与治理[J].科技视界,2015(5):322-323.
[6] 魏学良,程婷.谐波治理设备在供电系统中的应用[J].国外电子测量技术,2015,34(1):80-83.
