有源電力濾波器

有源電力濾波器，是采用現(xiàn)代電力電子技術(shù)和基于高速DSP器件的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)制成的新型電力諧波治理專用設(shè)備。

它由指令電流運(yùn)算電路和補(bǔ)償電流發(fā)生電路兩個(gè)主要部分組成。指令電流運(yùn)算電路實(shí)時(shí)監(jiān)視線路中的電流，并將模擬電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，送入高速數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，將諧波與基波分離，并以脈寬調(diào)制（PWM）信號(hào)形式向補(bǔ)償電流發(fā)生電路送出驅(qū)動(dòng)脈沖，驅(qū)動(dòng)IGBT或IPM功率模塊，生成與電網(wǎng)諧波電流幅值相等、極性相反的補(bǔ)償電流注入電網(wǎng)，對(duì)諧波電流進(jìn)行補(bǔ)償或抵消，主動(dòng)消除電力諧波。

諧波是怎么產(chǎn)生的？

諧波的產(chǎn)生是由于正弦波電壓施加在非線性負(fù)載上，電流就變成了非正弦波，非正弦波電流在電網(wǎng)阻抗上產(chǎn)生降壓，會(huì)使電壓波形也變成非正弦波。如今在通訊、半導(dǎo)體、石化、化纖、鋼鐵中加熱爐和汽車制造等行業(yè)中廣泛使用的負(fù)載大部分為非線性負(fù)載，如變頻調(diào)速設(shè)備、整流器、不間斷電源、開關(guān)電源、電弧爐、焊接設(shè)備、電腦、電梯、變頻空調(diào)、節(jié)能燈和復(fù)印機(jī)等等。由于這些非線性負(fù)載所產(chǎn)生的大量諧波電流涌入電網(wǎng)中，導(dǎo)致電壓波形發(fā)生畸變現(xiàn)象。這種諧波污染對(duì)電網(wǎng)和用戶產(chǎn)生了嚴(yán)重的危害。

諧波的危害

1、造成電纜、電動(dòng)機(jī)和變壓器過熱，導(dǎo)致其實(shí)用壽命下降或損壞；

2、損壞敏感的設(shè)備，導(dǎo)致生產(chǎn)或者實(shí)驗(yàn)中斷，造成重大損失；

3、引發(fā)斷路器誤動(dòng)作，區(qū)域性停止事故；

4、造成電容器過載或因故障而損毀；

5、導(dǎo)致中性線上出現(xiàn)大電流而引發(fā)系統(tǒng)故障；

6、誘發(fā)電網(wǎng)諧振；

7、電網(wǎng)中存在的諧波將降低供電效率；

8、如諧波污染等級(jí)過高，將得不到供電部門的入網(wǎng)批準(zhǔn)；

再說簡(jiǎn)單點(diǎn)，用一句話表示就是：APF出現(xiàn)在整流器、變頻器、UPS、一次電源等出現(xiàn)的地方。

什么是SVG？

SVG中文名叫做靜止無功發(fā)生器，英文描述為：StaticVarGenerator，簡(jiǎn)稱為SVG。又稱高壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償發(fā)生裝置，或靜止同步補(bǔ)償器。是指由自換相的電力半導(dǎo)體橋式變流器來進(jìn)行動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)难b置。SVG是目前無功功率控制領(lǐng)域內(nèi)的最佳方案。相對(duì)于傳統(tǒng)的調(diào)相機(jī)、電容器電抗器、以晶閘管控制電抗器TCR為主要代表的傳統(tǒng)SVC等方式，SVG有著無可比擬的優(yōu)勢(shì)。

聯(lián)系和區(qū)別

區(qū)別

SVG是靜態(tài)無功補(bǔ)償設(shè)備，是用來提高系統(tǒng)功率因數(shù)的；而有源濾波器（目前市面所能見到的有源濾波器都是并聯(lián)的）是諧波補(bǔ)償設(shè)備，是用來消除系統(tǒng)內(nèi)的諧波的。這是兩者最重要的區(qū)別。

聯(lián)系

兩者可以組合在一起使用，在補(bǔ)償無功功率的同時(shí)，亦可以對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的諧波電流進(jìn)行抑制。

簡(jiǎn)單來講，APF主要是濾波功能，SVG主要是無功補(bǔ)償。如果有諧波，SVG需要配濾波器進(jìn)行。SVG的好處是容量可以做的比較大一些。APF，一般有50A,75A，100A不等。APF對(duì)系統(tǒng)要求比較高。但是可能系統(tǒng)又需要無功，因此就需要比較精密計(jì)算和仿真。

無源濾波器

這種電路主要有無源元件R、L和C組成。

無源濾波裝置

該裝置由電容器、電抗器，有時(shí)還包括電阻器等無源元件組成，以對(duì)某次諧波或其以上次諧波形成低阻抗通路，以達(dá)到抑制高次諧波的作用；由于SVC的調(diào)節(jié)范圍要由感性區(qū)擴(kuò)大到容性區(qū)，所以濾波器與動(dòng)態(tài)控制的電抗器一起并聯(lián)，這樣既滿足無功補(bǔ)償、改善功率因數(shù)，又能消除高次諧波的影響。

國(guó)際上廣泛使用的濾波器種類有：各階次單調(diào)諧濾波器、雙調(diào)諧濾波器、二階寬頗帶與三階寬頻帶高通濾波器等。

一般無源濾波指通過電感和電容的匹配對(duì)某次諧波并聯(lián)低阻（調(diào)諧濾波）狀態(tài),給某次諧波電流構(gòu)成一個(gè)低阻態(tài)通路。這樣諧波電流就不會(huì)流入系統(tǒng)。無源濾波的優(yōu)點(diǎn)為成本低，運(yùn)行穩(wěn)定，技術(shù)相對(duì)成熟，容量大。缺點(diǎn)為諧波濾除率一般只有80％，對(duì)基波的無功補(bǔ)償也是一定的。

有源/無源濾波區(qū)別與聯(lián)系

有源濾波器：集成運(yùn)放和R、C組成，具有不用電感、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。集成運(yùn)放的開環(huán)電壓增益和輸入阻抗均很高，輸出電阻小，構(gòu)成有源濾波電路后還具有一定的電壓放大和緩沖作用。但集成運(yùn)放帶寬有限，所以目前的有源濾波電路的工作頻率難以做得很高。

有源濾波自身就是諧波源！其依靠電力電子裝置，在檢測(cè)到系統(tǒng)諧波的同時(shí)產(chǎn)生一組和系統(tǒng)幅值相等，相位相反的諧波向量，這樣可以抵消掉系統(tǒng)諧波，使其成為正弦波形。有源濾波除了濾除諧波外，同時(shí)還可以動(dòng)態(tài)補(bǔ)償無功功率。其優(yōu)點(diǎn)是反映動(dòng)作迅速，濾除諧波可達(dá)到95％以上，補(bǔ)償無功細(xì)致。缺點(diǎn)為價(jià)格高，容量小。由于目前國(guó)際上大容量硅閥技術(shù)還不成熟，所以當(dāng)前常見的有源濾波容量不超過600kvar。其運(yùn)行可靠性也不及無源。

目前在容量大且要求補(bǔ)償細(xì)致的地方一般使用有源加無源混合型，即無源進(jìn)行大容量的濾波補(bǔ)償，有源進(jìn)行微調(diào)。

原理上講，有源濾波器可以達(dá)到很高的Q值，但是過高的Q值對(duì)于有源濾波器來說是不夠穩(wěn)定的。有源濾波器的特性曲線不夠好，有可能是你使用的運(yùn)放帶寬不夠。從原理上，無論有源無源，實(shí)現(xiàn)出來的特性應(yīng)該是一致的。主要還是一個(gè)制作問題。

無源RC濾波器當(dāng)然不能等同于有源RC濾波器，有源RC和無源LC可以實(shí)現(xiàn)出Bottworth函數(shù)，而用無源RC實(shí)現(xiàn)這個(gè)函數(shù)是很不理想的，它的最低衰耗值極高（此點(diǎn)鮮為人知）。所以一般不用無源RC函數(shù)作濾波器逼近函數(shù)。

不僅如此，而且經(jīng)過計(jì)算，無源低通二階濾波器的品質(zhì)因數(shù)非常的低，最高能達(dá)到0.5，但是這個(gè)還不是所有的頻率都能夠達(dá)到的。

雖然無源濾波器具有投資少、效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單及維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)階段廣泛用于配電網(wǎng)中，但由于濾波器特性受系統(tǒng)參數(shù)影響大，只能消除特定的幾次諧波，而對(duì)某些次諧波會(huì)產(chǎn)生放大作用，甚至諧振現(xiàn)象等因素，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，人們將濾波研究方向逐步轉(zhuǎn)向有源濾波器（ActivePowerFliter，縮寫為APF）。

APF即利用可控的功率半導(dǎo)體器件向電網(wǎng)注入與諧波源電流幅值相等、相位相反的電流，使電源的總諧波電流為零，達(dá)到實(shí)時(shí)補(bǔ)償諧波電流的目的。它與無源濾波器相比，有以下特點(diǎn)：

1、不僅能補(bǔ)償各次諧波，還可抑制閃變，補(bǔ)償無功，有一機(jī)多能的特點(diǎn)，在性價(jià)比上較為合理；

2、濾波特性不受系統(tǒng)阻抗等的影響，可消除與系統(tǒng)阻抗發(fā)生諧振的危險(xiǎn)；

3、具有自適應(yīng)功能，可自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償變化著的諧波，即具有高度可控性和快速響應(yīng)性等特點(diǎn)。

無源濾波電路：若濾波電路僅由無源元件（電阻、電容、電感）組成。

有源濾波電路：若濾波電路不僅由無源元件，還由有源元件（雙極型管、單極型管、集成運(yùn)放）組成。

有源電路說白點(diǎn)就是元件必須有工作電源支持。無源電路中的器件不需要工作電源支持。

這里可理解源就是電源。

無源電路中的信號(hào)如果沒有外部信號(hào)補(bǔ)充最后將衰減為零，有源元件定義為可以給外部電路提供大于零的平均功率的元件，而且該平均功率可以持續(xù)無限長(zhǎng)的時(shí)間；反之，則是無源元件。這時(shí)候可理解源就是有源元件提供的信號(hào)源。

有源濾波器工作原理

用電流互感器采集直流線路上的電流，經(jīng)A/D采樣，將所得的電流信號(hào)進(jìn)行諧波分離算法的處理，得到諧波參考信號(hào)，作為PWM的調(diào)制信號(hào)，與三角波相比，從而得到開關(guān)信號(hào)，用此開關(guān)信號(hào)去控制IGBT單相橋，根據(jù)PWM技術(shù)的原理，將上下橋臂的開關(guān)信號(hào)反接，就可得到與線上諧波信號(hào)大小相等、方向相反的諧波電流，將線上的諧波電流抵消掉。這是前饋控制部分。再將有源濾波器接入點(diǎn)后的線上電流的諧波分量反饋回來，作為調(diào)節(jié)器的輸入，調(diào)整前饋控制的誤差。

無源/有源對(duì)比表

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