摘要：针对环形配电网中由功率因数校正电容与馈线电感之间谐振导致的背景谐波电压放大问题，燕山大学电力电子节能与传动控制河北省重点实验室的张敏、孙孝峰和朱燕萍等人在2025年第1期《电工技术学报》上撰文，提出了一种在环形配电网中点安装驻波移相有源电力滤波器（standi
针对环形配电网中由功率因数校正电容与馈线电感之间谐振导致的背景谐波电压放大问题，燕山大学电力电子节能与传动控制河北省重点实验室的张敏、孙孝峰和朱燕萍等人在2025年第1期《电工技术学报》上撰文，提出了一种在环形配电网中点安装驻波移相有源电力滤波器（standing wave phase shifting based active power filter，SWPS-APF）的谐波抑制方案，对比传统方案，所提出方案的抑制效果提升明显，并且所需的补偿容量也更少。
研究背景
配电网承担着直接向用户提供电能的责任，糟糕的电能质量可能会影响用电设备的正常工作甚至危害用户的人身安全。谐波畸变率是衡量电能质量的重要指标之一，所以在过去的数十年里，谐波治理一直是学术界和工业界的研究热点。对于配电网中非线性负载产生的谐波电流的补偿，无源滤波器方案，有源滤波器方案以及混合滤波器方案的提出已很好的解决了该问题。
本文所研究的并不是传统的谐波电流补偿问题，而是配电网中馈线电感与无功补偿电容谐振导致的背景谐波电压传播放大抑制问题。在夜间轻负荷条件下，配电系统中某些节点的电压会严重畸变，这是因为当缺少阻性负荷的阻尼时，线路电感和无功补偿电容之间可能会发生谐振，放大背景谐波电压。
论文所解决的问题及意义
对于配电馈线上的背景谐波电压振荡放大抑制，主流的RAPF方案只能将谐波电压放大倍数抑制到1附近，而一些改进方案虽然可以进一步提升抑制效果，但是这些方案要么增加了设备台数或显著提高了系统成本，要么安装位置与谐波波长相关联(理论上的最佳安装位置在实际中可能不一定适合安装设备)。
为了进一步提升背景谐波电压抑制效果，本文提出了基于驻波移相原理的背景谐波电压抑制方案，通过移动馈线上驻波的相位使波腹靠近或恰好落在馈线始端，从而达到抑制背景谐波电压的放大的目的。在仿真和实验中验证了所提出方案的有效性，并且结果表明与现有方案相比，本文所提出的方案在抑制效果显著提升的同时，所需的补偿容量也更少。
论文方法及创新点
本文提出一种基于谐波电压驻波相位移动的抑制方案，其原理是通过移动驻波的相位使波腹靠近或恰好落在线路始端，那么线路上就不可能有大于始端谐波电压幅值的点，即谐波不会被放大。驻波移相抑制方案可分为驻波左移和驻波右移两种情况，具体如图1所示。
图1 驻波左移和右移后驻波曲线对比
驻波移相抑制方案由驻波移相有源电力滤波器（standing wave phase shifting based active power filter，SWPS-APF）实现，其控制框图如图2所示。
图2 驻波移相有源电力滤波器控制框图
为了验证本文所提出驻波移相方案在抑制效果方面的优势，将其与现有的先进方案进行了对比，仿真结果如图3所示。相比于现有的主流方案，所提出的SWPS-APF整体抑制效果是最优的。
图3 不同抑制方案下各节点谐波电压放大倍数仿真结果对比
为了进一步验证所提出方案在工程实践中的有效性，搭建了10km环形配电网系统实验平台，平台照片如图4所示，实验结果如图5所示。
图4 实验平台照片
图5 SWPS-APF接入时的动态波形
结论
本文针对环形配电网中由功率因数校正电容与馈线电感之间谐振导致的背景谐波电压放大问题，深入分析了背景谐波电压在网络中的传播规律，并提出了一种基于驻波移相原理的背景谐波抑制方案，得到以下结论：
1）背景谐波电压在馈线上的放大程度取决于馈线始端即谐波源与离其最近波腹（包括位于谐波源左侧的波腹）之间的距离，当馈线始端恰好位于驻波波腹时，那么背景谐波一定不会被放大。
2）驻波移相抑制方案可分为驻波左移和驻波右移两种抑制策略，两者具有不同的适用范围，可以通过调整其控制参数获得整体最优的抑制效果。
3）在10km环形配电馈线中，验证了所提出SWPS-APF在抑制效果方面具有较大优势，并且发现其需要的补偿容量更少。
团队介绍
燕山大学可再生能源技术团队(YRET)，依托智能控制与神经信息处理教育部重点实验室，电力电子节能与传动控制河北省重点实验室，河北省电力电子重点学科。
团队负责人为孙孝峰教授，现有成员包括现有教授4人、副教授4人、讲师1人、博士硕士研究生60余人。近年来，承担国家重点研发计划课题、国家自然科学基金重点项目、国家自然科学基金面上项目、河北省自然科学重点基金、河北省重点研发计划等重点项目十余项。与京津冀地区、长三角地区、珠三角地区等电力电子企业、研究院开展产学研合作数十项。
团队近年来。发表SCI/EI检索等高水平论文260余篇，授权发明专利20余项，出版专著4部。曾获中国机械工业科学技术二等奖、河北省自然科学二等奖、省教学成果奖等多项奖项。团队研究方向包括分布式发电电能变换与系统调控技术、先进电能变换技术、分布式发电系统电能质量分析与治理、智慧能源及装备，以及电力电子与人工智能、生命科学交叉等。
张敏，博士，参与多项国家级、省部级、国网科技项目等横纵向课题。发表SCI/EI期刊论文10余篇，以第一/通讯作者发表中科院一区TOP论文4篇，二区TOP论文1篇，中文卓越EI论文1篇，授权专利2项。担任IEEE TIE，JESTPE，TCS2等期刊审稿人。当前研究方向主要为电力电子并网系统振荡分析与抑制。
朱艳萍，博士，燕山大学副教授、硕导。当前研究方向为微电网功率运行控制、功率因数校正。
孙孝峰，博士，燕山大学教授、博导，电力电子节能与传动控制河北省重点实验室主任，YRET团队负责人。入选斯坦福大学全球电气和电子工程领域“终身科学影响名单(1960-2002)”，爱思唯尔“全球前2%顶尖科学家榜单”。承担国家级、省部级各类科研项目与基金十余项，发表高水平学术论文200余篇。获中国机械工业科学技术奖等省部级奖项多项。当前研究方向包括双端/多端交直流变换器，新型半导体特性与应用，电动汽车电能变换，微电网电能质量分析与治理，生命科学仪器等。
本工作成果发表在2025年第1期《电工技术学报》，论文标题为“驻波移相有源电力滤波器在环形配电网中的应用“。本课题得到河北省自然科学基金重点项目、河北省科技计划项目和河北省自然科学基金项目资助。
来源：电气新科技
