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。

它由指令電流運算電路和補償電流發(fā)生電路兩個主要部分組成。指令電流運算電路實時監(jiān)視線路中的電流，并將模擬電流信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，送入高速數(shù)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(diào)制（PWM）信號形式向補償電流發(fā)生電路送出驅(qū)動脈沖，驅(qū)動IGBT或IPM功率模塊，生成與電網(wǎng)諧波電流幅值相等、極性相反的補償電流注入電網(wǎng)，對諧波電流進行補償或抵消，主動消除電力諧波。

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)中廣泛使用的負載大部分為非線性負載，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)印機等等。由于這些非線性負載所產(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。這種諧波污染對電網(wǎng)和用戶產(chǎn)生了嚴重的危害。

諧波的危害

1、造成電纜、電動機和變壓器過熱，導(dǎo)致其實用壽命下降或損壞；

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

3、引發(fā)斷路器誤動作，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、如諧波污染等級過高，將得不到供電部門的入網(wǎng)批準；

再說簡單點，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，簡稱為SVG。又稱高壓動態(tài)無功補償發(fā)生裝置，或靜止同步補償器。是指由自換相的電力半導(dǎo)體橋式變流器來進行動態(tài)無功補償?shù)难b置。SVG是目前無功功率控制領(lǐng)域內(nèi)的最佳方案。相對于傳統(tǒng)的調(diào)相機、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。

聯(lián)系和區(qū)別

區(qū)別

SVG是靜態(tài)無功補償設(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，在補償無功功率的同時，亦可以對系統(tǒng)內(nèi)的諧波電流進行抑制。

簡單來講，APF主要是濾波功能，SVG主要是無功補償。如果有諧波，SVG需要配濾波器進行。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，有時還包括電阻器等無源元件組成，以對某次諧波或其以上次諧波形成低阻抗通路，以達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)擴大到容性區(qū)，所以濾波器與動態(tài)控制的電抗器一起并聯(lián)，這樣既滿足無功補償、改善功率因數(shù)，又能消除高次諧波的影響。

國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)成一個低阻態(tài)通路。這樣諧波電流就不會流入系統(tǒng)。無源濾波的優(yōu)點為成本低，運行穩(wěn)定，技術(shù)相對成熟，容量大。缺點為諧波濾除率一般只有80％，對基波的無功補償也是一定的。

有源/無源濾波 區(qū)別與聯(lián)系

有源濾波器：集成運放和R、C組成，具有不用電感、體積小、重量輕等優(yōu)點。集成運放的開環(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，在檢測到系統(tǒng)諧波的同時產(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，同時還可以動態(tài)補償無功功率。其優(yōu)點是反映動作迅速，濾除諧波可達到95％以上，補償無功細致。缺點為價格高，容量小。由于目前國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。其運行可靠性也不及無源。

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

原理上講，有源濾波器可以達到很高的Q值，但是過高的Q值對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放帶寬不夠。從原理上，無論有源無源，實現(xiàn)出來的特性應(yīng)該是一致的。主要還是一個制作問題。

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可以實現(xiàn)出Bottworth函數(shù)，而用無源RC實現(xiàn)這個函數(shù)是很不理想的，它的最低衰耗值極高（此點鮮為人知）。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，最高能達到0.5，但是這個還不是所有的頻率都能夠達到的。

雖然無源濾波器具有投資少、效率高、結(jié)構(gòu)簡單及維護方便等優(yōu)點，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，而對某些次諧波會產(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（Active PowerFliter，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，達到實時補償諧波電流的目的。它與無源濾波器相比，有以下特點：

1、不僅能補償各次諧波，還可抑制閃變，補償無功，有一機多能的特點，在性價比上較為合理；

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；

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

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、集成運放）組成。

有源電路說白點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。

無源電路中的信號如果沒有外部信號補充最后將衰減為零，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)無限長的時間；反之，則是無源元件。 這時候可理解源就是有源元件提供的信號源。

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，將所得的電流信號進行諧波分離算法的處理，得到諧波參考信號，作為PWM的調(diào)制信號，與三角波相比，從而得到開關(guān)信號，用此開關(guān)信號去控制IGBT單相橋，根據(jù)PWM技術(shù)的原理，將上下橋臂的開關(guān)信號反接，就可得到與線上諧波信號大小相等、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/有源對比表