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針對環形配電網中由功率因數校正電容與饋線電感之間諧振導致的背景諧波電壓放大問題，燕山大學電力電子節能與傳動控制河北省重點實驗室的張敏、孫孝峰和朱燕萍等人在2025年第1期《電工技術學報》上撰文，提出了一種在環形配電網中點安裝駐波移相有源電力濾波器（standing wave phase shifting based active power filter，SWPS-APF）的諧波抑制方案，對比傳統方案，所提出方案的抑制效果提升明顯，并且所需的補償容量也更少。

研究背景

配電網承擔著直接向用戶提供電能的責任，糟糕的電能質量可能會影響用電設備的正常工作甚至危害用戶的人身安全。諧波畸變率是衡量電能質量的重要指標之一，所以在過去的數十年里，諧波治理一直是學術界和工業界的研究熱點。對于配電網中非線性負載產生的諧波電流的補償，無源濾波器方案，有源濾波器方案以及混合濾波器方案的提出已很好的解決了該問題。

本文所研究的并不是傳統的諧波電流補償問題，而是配電網中饋線電感與無功補償電容諧振導致的背景諧波電壓傳播放大抑制問題。在夜間輕負荷條件下，配電系統中某些節點的電壓會嚴重畸變，這是因為當缺少阻性負荷的阻尼時，線路電感和無功補償電容之間可能會發生諧振，放大背景諧波電壓。

論文所解決的問題及意義

對于配電饋線上的背景諧波電壓振蕩放大抑制，主流的RAPF方案只能將諧波電壓放大倍數抑制到1附近，而一些改進方案雖然可以進一步提升抑制效果，但是這些方案要么增加了設備臺數或顯著提高了系統成本，要么安裝位置與諧波波長相關聯(理論上的最佳安裝位置在實際中可能不一定適合安裝設備)。

為了進一步提升背景諧波電壓抑制效果，本文提出了基于駐波移相原理的背景諧波電壓抑制方案，通過移動饋線上駐波的相位使波腹靠近或恰好落在饋線始端，從而達到抑制背景諧波電壓的放大的目的。在仿真和實驗中驗證了所提出方案的有效性，并且結果表明與現有方案相比，本文所提出的方案在抑制效果顯著提升的同時，所需的補償容量也更少。

論文方法及創新點

本文提出一種基于諧波電壓駐波相位移動的抑制方案，其原理是通過移動駐波的相位使波腹靠近或恰好落在線路始端，那么線路上就不可能有大于始端諧波電壓幅值的點，即諧波不會被放大。駐波移相抑制方案可分為駐波左移和駐波右移兩種情況，具體如圖1所示。

圖1 駐波左移和右移后駐波曲線對比

駐波移相抑制方案由駐波移相有源電力濾波器（standing wave phase shifting based active power filter，SWPS-APF）實現，其控制框圖如圖2所示。

圖2 駐波移相有源電力濾波器控制框圖

為了驗證本文所提出駐波移相方案在抑制效果方面的優勢，將其與現有的先進方案進行了對比，仿真結果如圖3所示。相比于現有的主流方案，所提出的SWPS-APF整體抑制效果是最優的。

圖3 不同抑制方案下各節點諧波電壓放大倍數仿真結果對比

為了進一步驗證所提出方案在工程實踐中的有效性，搭建了10km環形配電網系統實驗平臺，平臺照片如圖4所示，實驗結果如圖5所示。

圖4 實驗平臺照片

圖5 SWPS-APF接入時的動態波形

結論

本文針對環形配電網中由功率因數校正電容與饋線電感之間諧振導致的背景諧波電壓放大問題，深入分析了背景諧波電壓在網絡中的傳播規律，并提出了一種基于駐波移相原理的背景諧波抑制方案，得到以下結論：

1）背景諧波電壓在饋線上的放大程度取決于饋線始端即諧波源與離其最近波腹（包括位于諧波源左側的波腹）之間的距離，當饋線始端恰好位于駐波波腹時，那么背景諧波一定不會被放大。

2）駐波移相抑制方案可分為駐波左移和駐波右移兩種抑制策略，兩者具有不同的適用范圍，可以通過調整其控制參數獲得整體最優的抑制效果。

3）在10km環形配電饋線中，驗證了所提出SWPS-APF在抑制效果方面具有較大優勢，并且發現其需要的補償容量更少。

團隊介紹

燕山大學可再生能源技術團隊(YRET)，依托智能控制與神經信息處理教育部重點實驗室，電力電子節能與傳動控制河北省重點實驗室，河北省電力電子重點學科。

團隊負責人為孫孝峰教授，現有成員包括現有教授4人、副教授4人、講師1人、博士碩士研究生60余人。近年來，承擔國家重點研發計劃課題、國家自然科學基金重點項目、國家自然科學基金面上項目、河北省自然科學重點基金、河北省重點研發計劃等重點項目十余項。與京津冀地區、長三角地區、珠三角地區等電力電子企業、研究院開展產學研合作數十項。

團隊近年來。發表SCI/EI檢索等高水平論文260余篇，授權發明專利20余項，出版專著4部。曾獲中國機械工業科學技術二等獎、河北省自然科學二等獎、省教學成果獎等多項獎項。團隊研究方向包括分布式發電電能變換與系統調控技術、先進電能變換技術、分布式發電系統電能質量分析與治理、智慧能源及裝備，以及電力電子與人工智能、生命科學交叉等。

張敏

博士，參與多項國家級、省部級、國網科技項目等橫縱向課題。發表SCI/EI期刊論文10余篇，以第一/通訊作者發表中科院一區TOP論文4篇，二區TOP論文1篇，中文卓越EI論文1篇，授權專利2項。擔任IEEE TIE，JESTPE，TCS2等期刊審稿人。當前研究方向主要為電力電子并網系統振蕩分析與抑制。

E-mail：zhangmin_ysu@qq.com

朱艷萍

博士，燕山大學副教授、碩導。當前研究方向為微電網功率運行控制、功率因數校正。

E-mail：qhdzyp@ysu.edu.cn

孫孝峰

博士，燕山大學教授、博導，電力電子節能與傳動控制河北省重點實驗室主任，YRET團隊負責人。入選斯坦福大學全球電氣和電子工程領域“終身科學影響名單(1960-2002)”，愛思唯爾“全球前2%頂尖科學家榜單”。承擔國家級、省部級各類科研項目與基金十余項，發表高水平學術論文200余篇。獲中國機械工業科學技術獎等省部級獎項多項。當前研究方向包括雙端/多端交直流變換器，新型半導體特性與應用，電動汽車電能變換，微電網電能質量分析與治理，生命科學儀器等。

E-mail：sxf@ysu.edu.cn

本工作成果發表在2025年第1期《電工技術學報》，論文標題為“駐波移相有源電力濾波器在環形配電網中的應用“。本課題得到河北省自然科學基金重點項目、河北省科技計劃項目和河北省自然科學基金項目資助。

引用本文

張敏, 孫孝峰, 朱艷萍, 沈虹, 李昕. 駐波移相有源電力濾波器在環形配電網中的應用[J]. 電工技術學報, 2025, 40(1): 203-216. Zhang Min, Sun Xiaofeng, Zhu Yanping, Shen Hong, Li Xin. Applications of Standing Wave Phase Shifting Active Power Filters in Closed-Loop Distribution Power Systems. Transactions of China Electrotechnical Society, 2025, 40(1): 203-216.

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