有源濾波器,有源濾波器是什么意思

一、基本概念：
　　有源電力濾波器（APF）是一種用于動態抑制諧波、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，之所以稱為有源，
　　顧名思義該裝置需要提供電源，其應用可克服LC濾波器等傳統的諧波抑制和無功補償方法的缺點（傳統的只能固定補償），實現了動態跟蹤補償，而且可以既補諧波又補無功；三相電路瞬時無功功率理論是APF發展的主要基礎理論；APF有并聯型和串聯型兩種，前者用的多；并聯有源濾波器主要是治理電流諧波，串聯有源濾波器主要是治理電壓諧波等引起的問題。有源濾波器同無源濾波器比較，治理效果好，主要可以同時濾除多次及高次諧波，不會引起諧振，但是價位相對高！
二、基本原理：
　　有源電力濾波器，是采用現代電力電子技術和基于高速DSP器件的數字信號處理技術制成的新型電力諧波治理專用設備。它由指令電流運算電路和補償電流發生電路兩個主要部分組成。指令電流運算電路實時監視線路中的電流，并將模擬電流信號轉換為數字信號`，送入高速數字信號處理器（DSP）對信號進行處理，將諧波與基波分離，并以脈寬調制（PWM）信號形式向補償電流發生電路送出驅動脈沖，驅動IGBT或IPM功率模塊，生成與電網諧波電流幅值相等、極性相反的補償電流注入電網，對諧波電流進行補償或抵消，主動消除電力諧波。
三、基本應用：
　　諧波主要危害：
　　? 增加電力設施負荷，降低系統功率因數，降低發電、輸電及用電設備的有效容量和效率，造成設備浪費、線路浪費和電能損失；
　　? 引起無功補償電容器諧振和諧波電流放大，導致電容器組因過電流或過電壓而損壞或無法投入運行；
　　? 產生脈動轉矩致使電動機振動，影響產品質量和電機壽命；
　　? 由于渦流和集膚效應，使電機、變壓器、輸電線路等產生附加功率損耗而過熱，浪費電能并加速絕緣老化；
　　? 諧波電壓以正比于其峰值電壓的形式增強了絕緣介質的電場強度，降低設備使用壽命；
　　? 零序（3的倍數次）諧波電流會導致三相四線系統的中線過載，并在三角形接法的變壓器繞組內產生環流，使繞組電流超過額定值，嚴重時甚至引發事故。
　　? 諧波會改變保護繼電器的動作特性，引起繼電保護設施的誤動作，造成繼電保護等自動裝置工作紊亂；
　　? 諧波變改變了電壓或電流的變化率和峰值，延緩電弧熄滅，影響斷路器的分斷容量；
　　? 使計量儀表特別是感應式電能表產生計量誤差；
　　? 干擾鄰近的電力電子設備、工業控制設備和通訊設備，影響設備的正常運行。
四、有源濾波的優點和缺點：
　　優點：可動態濾除各次諧波，對系統內的諧波能夠完全吸收；不會產生諧振。
　　缺點：造價太高；受硬件限制，在大容量場合無法使用:有源濾波容量單套不超過100KVA,目前最高適用電網電壓不超過450V.
五、應用場合
　　有源電力濾波器可廣泛應用于工業、商業和機關團體的配電網中，如：電力系統、電解電鍍企業、水處理設備、石化企業、大型商場及辦公大樓、精密電子企業、機場／港口的供電系統、醫療機構等。根據應用對象不同，HTAPF-I型有源電力濾波器的應用將起到保障供電可靠性、降低干擾、提高產品質量、增長設備壽命減少設備損壞等作用。
六、主要發展狀況：
　　由于有源濾波存在的不足和缺陷，目前國內市場上主要以無源濾波為主；國際上以ABB、APS、諾基亞、施耐德（梅蘭日蘭）、西門子為代表，國內以山大華天，哈工大、西安賽博為代表，另外清華大學電機系研制的CleanPower系列有源電力濾波器在自適應能力，穩定性以及對各種延時的最優補償方面有了長足的進展，成為了最先進的產品之一。隨著電力電子技術的進步，有源電力濾波器以其巨大的技術優勢、強大功能、逐漸下降的價格，必將最終取代傳統的電容型無功補償裝置，占據市場主流。　

圖1 有源濾波器示意圖

????指令電流檢測電路的功能主要是從負載電流中分離出諧波電流分量和基波無功電流，然后將其反極性作用后發生補償電流的指令信號。電流跟蹤控制電路的功能是根據主電路產生的補償電流，計算出主電路各開關器件的觸發脈沖，此脈沖經驅動電路后作用于主電路。這樣電源電流中只含有基波的有功分量，從而達到消除諧波與進行無功補償的目的。根據同樣的原理，電力有源濾波器還能對不對稱三相電路的負序電流分量進行補償。

???有源電力濾波器的主電路一般由PWM逆變器構成。根據逆變器直流側儲能元件的不同，可分為電壓型有源濾波器(儲能元件為電容)和電流型有源濾波器(儲能元件為電感)。電壓型有源濾波器在工作時需對直流側電容電壓控制，使直流側電壓維持不變，因而逆變器交流側輸出為PWM電壓波。而電流型有源濾波器在工作時需對直流側電感電流進行控制，使直流側電流維持不變，因而逆變器交流側輸出為PWM電流波。電壓型有源濾波器的優點是損耗較少，效率高，是目前國內外絕大多數有源濾波器采用的主電路結構。電流型有源濾波器由于電流側電感上始終有電流流過，該電流在電感內阻上將產生較大損耗，所以目前較少采用。

圖2 電壓型有源濾波器

圖3 電流型有源濾波器

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2．有源電力濾波器的分類
????按電路拓樸結構分類，電力有源濾波器可分為并聯型、串聯型、串－并聯型和混合型。

圖4 并聯型有源濾波器

????圖4所示為并聯型有源濾波器的基本結構。它主要適用于電流源型非線性負載的諧波電流抵消、無功補償以及平衡三相系統中的不平衡電流等。目前并聯型有源濾波器在技術上已較成熟，它也是當前應用最為廣泛的一種有源濾波器拓補結構。

圖5 串聯型有源濾波器

????圖5所示為串聯型有源濾波器的基本結構。它通過一個匹配變壓器將有源濾波器串聯于電源和負載之間，以消除電壓諧波，平衡或調整負載的端電壓。與并聯型有源濾波器相比，串聯型有源濾波器損耗較大，且各種保護電路也較復雜，因此，很少研究單獨使用的串聯型有源濾波器，而大多數將它作為混合型有源濾波器的一部分予以研究。

圖6 混合型有源濾波器

????圖6所示為混合型有源濾波器的基本結構。它是在串聯型有源濾波器的基礎上使用一些大容量的無源L-C濾波網絡來承擔消除低次諧波，進行無功補償的任務。而串聯型有源濾波器只承擔消除高次諧振及阻尼無源LC網絡與線路阻抗產生的諧波諧振的任務。從而使串聯型有源濾波器的電流、電壓額定值大大減少(功率容量可減少到負載容量的5%以下)，降低了有源濾波器的成本和體積。從經濟角度而言，這種結構形式在目前是一種值得推薦的方案。但隨著電力電子器件性能的不斷提高，成本不斷下降，混合型有源濾波器可能被下面一種性能價格比更高的有源濾波器代替。

圖7 串－并聯型有源濾波器

????圖7所示為串－并聯型有源濾波器的基本結構。它組合了串聯有源濾波器和并聯有源濾波器的優點，能解決電氣系統發生的大多數電能質量問題，所以又稱之為萬能有源濾波器或統一電能質量調節器(UPQC)，該類有源濾波器的主要問題是控制復雜、造價較高。