有源电力滤波器的基本原理和分类.(优选)

可编辑修改精选全文完整版有源电力滤波器的基本原理和分类1．有源电力滤波器的基本原理有源电力滤波器系统主要由两大部分组成，即指令电流检测电路和补偿电流发生电路。

图1 有源滤波器示意图指令电流检测电路的功能主要是从负载电流中分离出谐波电流分量和基波无功电流，然后将其反极性作用后发生补偿电流的指令信号。

电流跟踪控制电路的功能是根据主电路产生的补偿电流，计算出主电路各开关器件的触发脉冲，此脉冲经驱动电路后作用于主电路。

这样电源电流中只含有基波的有功分量，从而达到消除谐波与进行无功补偿的目的。

根据同样的原理，电力有源滤波器还能对不对称三相电路的负序电流分量进行补偿。

有源电力滤波器的主电路一般由PWM逆变器构成。

根据逆变器直流侧储能元件的不同，可分为电压型有源滤波器(储能元件为电容)和电流型有源滤波器(储能元件为电感)。

电压型有源滤波器在工作时需对直流侧电容电压控制，使直流侧电压维持不变，因而逆变器交流侧输出为PWM电压波。

而电流型有源滤波器在工作时需对直流侧电感电流进行控制，使直流侧电流维持不变，因而逆变器交流侧输出为PWM电流波。

电压型有源滤波器的优点是损耗较少，效率高，是目前国外绝大多数有源滤波器采用的主电路结构。

电流型有源滤波器由于电流侧电感上始终有电流流过，该电流在电感阻上将产生较大损耗，所以目前较少采用。

图2 电压型有源滤波器图3 电流型有源滤波器2．有源电力滤波器的分类按电路拓朴结构分类，电力有源滤波器可分为并联型、串联型、串－并联型和混合型。

图4 并联型有源滤波器图4所示为并联型有源滤波器的基本结构。

它主要适用于电流源型非线性负载的谐波电流抵消、无功补偿以及平衡三相系统中的不平衡电流等。

目前并联型有源滤波器在技术上已较成熟，它也是当前应用最为广泛的一种有源滤波器拓补结构。

图5 串联型有源滤波器图5所示为串联型有源滤波器的基本结构。

它通过一个匹配变压器将有源滤波器串联于电源和负载之间，以消除电压谐波，平衡或调整负载的端电压。

有源电力滤波器的基本原理和分类有源电力滤波器（Active Power Filter，APF）是一种用于消除电力系统中谐波和电流不平衡问题的装置。

它是一种由电子器件组成的滤波器，能够注入特定频率的电流来抵消电网中的谐波，从而实现电流的纯正输出。

下面将介绍有源电力滤波器的基本原理和分类。

基本原理：有源电力滤波器由三相逆变器（Inverter）和控制系统组成。

首先，控制系统采集电网中的电压和电流信号，并进行处理和分析。

接下来，控制器确定电网的谐波特性并计算相应的注入电流。

最后，逆变器产生特定频率和幅度的电流，并通过与电网连接的线路与谐波电流相消。

这样，通过有源电力滤波器可以实现对电流谐波的消除和电流的纯正输出。

分类：根据滤波器的连接方式和使用场景，有源电力滤波器可以分为三种类型：单台型、平行型和串级型。

1.单台型有源电力滤波器：单台型有源电力滤波器适用于单台负载设备或供电点，用于对单一负载设备引起的谐波进行消除。

这种滤波器的工作方式简单，实施成本低，但只能解决单个设备引起的谐波问题。

2.平行型有源电力滤波器：平行型有源电力滤波器通常由多台滤波器并联连接，在一个供电点上对谐波进行消除。

这种连接方式可以同时处理多个电流不平衡或谐波扰动。

平行型滤波器具有相互独立工作的特点，其中一台滤波器的故障不会影响其他滤波器的工作。

3.串级型有源电力滤波器：串级型有源电力滤波器由多个滤波器串联连接在一个供电点上。

每个滤波器负责处理一定范围内的谐波频率。

串级型滤波器具有较大的容载能力，能够处理大电流负载和更复杂的谐波问题，但它的成本更高，并且在安装和维护过程中需要更多的配置。

总结：有源电力滤波器是一种用于消除电力系统中谐波和电流不平衡问题的装置。

通过逆变器产生特定频率和幅度的电流，有源电力滤波器可以实现对电流谐波的消除和电流的纯正输出。

根据滤波器的连接方式和使用场景，有源电力滤波器可以分为单台型、平行型和串级型三种类型。

APF（active power filter）有源电力滤波器谐波电力系统中的电流电压非正弦波形都可以被分解为一个频率与其相等的正弦波形和若干频率为其频率的整数倍的正弦波。

频率与原波形相等的部分被称为基波，而频率为原波形整数倍的部分被称为谐波，频率的被数就是谐波次数。

电力系统中的谐波绝大多数是奇次谐波。

谐波的危害‐典型1对变压器☆谐波电流将会使变压器铜损和磁滞损耗增加☆谐波电压将会使变压器铁损增加☆使变压器机械噪声提高且产生额外的温升☆谐波电压以正比于其峰值电压的形式增强了绝缘介质的电场强度降低设备使用寿命☆零序谐波电流会在三角形接法的变压器绕组内产生环流，使绕组电流过流对电力电缆☆谐波电流会使导体过载、导致过热、发生绝缘破坏而烧毀☆谐波电压以正比于其峰值电压的形式增强了绝缘介质的电场强度降低设备使用寿命☆对高频率谐波电流，电缆呈现集肤效应( Skin effect ) , 使额定载流量减少☆零序（3的倍数次）谐波电流会导致三相四线系统的中线过载、损坏谐波的危害‐典型2对电机☆因谐波电压与谐波电流产生额外的铁损与铜损, 进而影响转动电机的机械效率☆产生脉动转矩致使电动机振动加剧，影响电机寿命和输出转矩的稳定性☆谐波电压以正比于其峰值电压的形式增强了绝缘介质的电场强度，降低电机使用寿命系统谐振☆引起系统谐振导致，电容器组、电抗器阻及相关用电设备，因过电流或过电压而损坏或无法投入运行谐波的危害‐典型3对生产设备☆改变保护继电器的动作特性引起误动作、造成继电保护等自动装置工作紊乱；☆谐波延缓电弧熄灭，影响断路器的分断容量；☆使计量仪表特别是感应式电能表产生计量误差；☆干扰邻近的电力电子设备、工业控制设备，影响设备的正常运行。

对通讯、网络☆因电力线中的谐波电流或谐波电压会产生感应电磁场，将影响邻近信号线的传输品质☆干扰邻近的计算机系统的正常工作，导致重启或死机谐波的治理‐无源滤波器无源滤波器，又称LC滤波器，是利用电感、电容和电阻的组合设计构成的滤波电路，可滤除某一次或多次谐波，最普通易于采用的无源滤波器结构是将电感与电容串联，可对主要次谐波（3、5、7）构成低阻抗旁路；单调谐滤波器、双调谐滤波器、高通滤波器都属于无源滤波器。

有源电力滤波器原理有源电力滤波器是一种电力滤波器，与被动电力滤波器相比具有更好的滤波性能和灵活性。

其原理是通过外部激励电路的引入，使滤波器能够主动对输入信号进行调节和滤波。

有源电力滤波器主要由滤波器部分和激励电路部分组成。

滤波器部分一般采用电容、电感和电阻等元器件组成，用于对输入信号进行滤波处理。

根据滤波器部分的组成以及滤波器的工作原理不同，有源电力滤波器可以分为多种类型，比如自适应滤波器、谐波滤波器等。

激励电路部分是有源电力滤波器的关键部分，它通过激励信号对滤波器进行调节。

在有源电力滤波器中，激励电路通常由一组放大器和控制电路组成。

放大器的作用是将激励信号放大到适当的幅值，使其能够有效地调节滤波器的工作状态。

控制电路主要用于对放大器进行控制，使其能够根据输入信号的频率和幅值变化而调节。

激励电路的引入可以使有源电力滤波器具有更好的频率响应和动态性能。

有源电力滤波器的工作原理可以通过如下步骤进行描述：1. 输入信号通过滤波器部分，被电容、电感和电阻等元器件滤波和衰减。

滤波器部分的设计和参数选择决定了滤波器的频率响应和滤波特性。

2. 激励信号通过激励电路部分，被放大器放大到适当的幅值。

放大器的增益可以根据需要进行调节，以满足不同的滤波器工作要求。

3. 放大后的激励信号通过控制电路，对滤波器的工作状态进行调节。

控制电路可以根据输入信号的频率和幅值变化，动态地调整滤波器的参数和工作模式。

4. 调节后的滤波器输出信号经过放大器的逆变输出，得到最终的滤波器输出信号。

有源电力滤波器具有很多优点，比如滤波精度高、滤波范围宽、动态性能好等。

它可以有效地抑制输入信号中的谐波和噪声，提高电力系统的稳定性和可靠性。

同时，有源电力滤波器还可以根据需要进行调节和优化，适应不同的电力系统和工作环境。

总之，有源电力滤波器通过外部激励电路的引入，使滤波器能够主动对输入信号进行调节和滤波，从而实现更好的滤波效果和灵活性。

它是电力滤波器中一种重要的类型，广泛应用于电力系统和工业控制等领域。

有源电力滤波器的基本原理和分类有源电力滤波器是电力电子技术中常用的一个概念。

它被广泛应用于电力系统中的谐波抑制和滤波控制中，以保证电力系统的稳定运行和有序的能量传输。

本文将从有源电力滤波器的基本原理和分类两个方面来详细介绍该技术的内容和应用场景。

一、有源电力滤波器的基本原理有源电力滤波器是指通过电力电子器件（如IGBT、MOSFET 等）配合控制电路，实现对电网谐波电流的主动抑制和滤波。

它的工作原理主要是通过采样电网波形，将其变换为电压信号后，送入控制器中进行数字信号处理。

处理后的结果通过PWM变换，驱动电力电子器件产生谐波电流，与谐波电流相互抵消，从而达到滤波的目的。

二、有源电力滤波器的分类根据其工作原理和控制方式的不同，有源电力滤波器可以分为多种类型，下面就具体介绍几种常见的有源电力滤波器类型。

1、电压型有源滤波器电压型有源滤波器主要是通过对电压信号进行采样和滤波，得到电网谐波电压分量后，通过功率放大器输出到负载侧，实现谐波电压的主动补偿和抑制。

该类型的有源滤波器主要适用于当前的电力系统中高压功率电子装置的谐波抑制，具有复杂的电路和控制策略，实现难度较大。

2、电流型有源滤波器电流型有源滤波器主要是通过对电流信号进行采样和滤波，得到电网谐波电流分量后，通过功率放大器输出到电力系统中，实现谐波电流的主动补偿和抑制。

该类型的有源滤波器主要适用于中低压电力系统，具有较高的滤波精度和电路简单易用的优点。

3、混合电压和电流型有源滤波器混合电压和电流型有源滤波器主要是通过对电压和电流信号分别进行采样和滤波，得到电网谐波电压和电流分量后，通过功率放大器输出到负载侧，实现谐波电压和电流的主动补偿和抑制。

该类型的有源滤波器是电压型和电流型有源滤波器的综合体现，具有滤波效果优秀、适用范围广、控制策略简单等优点。

总之，有源电力滤波器是电力电子技术中的一项重要内容。

在保证电力系统稳定运行和能量传输的过程中，有源滤波器可以发挥出其强大的作用。

有源电力滤波器（APF）引言谐波电流和谐波电压的出现，对于电力系统运行是一种“污染”，它们降低了系统电压正弦波形的质量，不但严重地影响电力系统自身，而且还危及用户和周围的通信系统。

近半个世纪以来，随着电力电子设备的推广应用，非线性负荷的迅速增加(例如电气机车、工业电炉等的应用)，特别是高压直流输电的运用，谐波污染问题日趋严重，并因此受到人们普遍的关注和重视。

减小谐波影响的技术措施可以从两方面入手：一是从谐波源出发，减少谐波的产生；二是安装滤波装置。

常见的滤波器包括无源滤波器、有源滤波器以及混合滤波器。

无源滤波器（PF:Passive Filter）也称为LC滤波器，是由滤波电容器、电抗器和电阻器适当组合而成的滤波装置。

无源滤波器的工业应用已经有相当长的历史，其设计方法稳定可靠、结构简单，但其滤波效果依赖于系统阻抗特性，并容易受温度漂移、网络上谐波污染程度、滤波电容老化及非线性负荷的影响。

此外，无源滤波器仅能对特定的谐波进行有效地衰减，而出于经济和占地面积方面的考虑，滤波器个数均是有限的，所以对谐波含量丰富的场合，无源滤波器的滤波效果往往不够理想。

与无源滤波器对应的是有源滤波器（APF:Active Power Filter）。

有源电力滤波器采用开关变换器消除谐波电流，克服了无源滤波器的缺点。

有源电力滤波器有着无源滤波器无可比拟的技术优势，因此越来越受到人们的关注。

1.有源滤波器的发展历史有源滤波器的思想最早出现于1969年B.M.Bird和J.F.Marsh的论文中。

文中描述了通过向交流电源注入三次谐波电流以减少电源中的谐波，改善电源电流波形的新方法。

文中所述的方法认为是有源滤波器思想的诞生。

1971年日本的H.Sasaki和T.Machida完整描述了有源电力滤波器的基本原理。

1976年美国西屋电气公司的L.Gyugyi和E.C.Strycula提出了采用脉冲宽度调制控制的有源电力滤波器，确定了主电路的基本拓扑结构和控制方法，从原理上阐明了有源电力滤波器是一理想的谐波电流发生器，并讨论了实现方法和相应的控制原理，奠定了有源电力滤波器的基础。

顾名思义该装置需要提供电源，其应用可克服LC滤波器等传统的谐波抑制和无功补偿方法的缺点（传统的只能固定补偿），实现了动态跟踪补偿，而且可以既补谐波又补无功；三相电路瞬时无功功率理论是APF发展的主要基础理论；APF有并联型和串联型两种，前者用的多；并联有源滤波器主要是治理电流谐波，串联有源滤波器主要是治理电压谐波等引起的问题。

有源滤波器同无源滤波器比较，治理效果好，主要可以同时滤除多次及高次谐波，不会引起谐振，但是价位相对高！二、基本原理：有源电力滤波器，是采用现代电力电子技术和基于高速DSP器件的数字信号处理技术制成的新型电力谐波治理专用设备。

它由指令电流运算电路和补偿电流发生电路两个主要部分组成。

指令电流运算电路实时监视线路中的电流，并将模拟电流信号转换为数字信号，送入高速数字信号处理器（DSP）对信号进行处理，将谐波与基波分离，并以脉宽调制（PWM）信号形式向补偿电流发生电路送出驱动脉冲，驱动IGBT或IPM功率模块，生成与电网谐波电流幅值相等、极性相反的补偿电流注入电网，对谐波电流进行补偿或抵消，主动消除电力谐波。

三、基本应用：谐波主要危害：• 增加电力设施负荷，降低系统功率因数，降低发电、输电及用电设备的有效容量和效率，造成设备浪费、线路浪费和电能损失；•引起无功补偿电容器谐振和谐波电流放大，导致电容器组因过电流或过电压而损坏或无法投入运行；• 产生脉动转矩致使电动机振动，影响产品质量和电机寿命；• 由于涡流和集肤效应，使电机、变压器、输电线路等产生附加功率损耗而过热，浪费电能并加速绝缘老化；• 谐波电压以正比于其峰值电压的形式增强了绝缘介质的电场强度，降低设备使用寿命；• 零序（3的倍数次）谐波电流会导致三相四线系统的中线过载，并在三角形接法的变压器绕组内产生环流，使绕组电流超过额定值，严重时甚至引发事故。

• 谐波会改变保护继电器的动作特性，引起继电保护设施的误动作，造成继电保护等自动装置工作紊乱；• 谐波变改变了电压或电流的变化率和峰值，延缓电弧熄灭，影响断路器的分断容量；• 使计量仪表特别是感应式电能表产生计量误差；• 干扰邻近的电力电子设备、工业控制设备和通讯设备，影响设备的正常运行。

有源滤波器工作原理有源滤波器是一种电子滤波器，它使用有源元件（如放大器）来增强滤波器的性能。

有源滤波器可以实现各种滤波功能，如低通滤波、高通滤波、带通滤波和带阻滤波。

在本文中，我们将详细介绍有源滤波器的工作原理以及其在电子系统中的应用。

一、有源滤波器的基本原理有源滤波器的基本原理是利用有源元件（如放大器）的放大功能来增强滤波器的性能。

有源滤波器通常由一个或多个有源元件（如晶体管、运算放大器等）和被动元件（如电容、电感和电阻）组成。

有源滤波器的工作原理可以分为两个基本步骤：放大和滤波。

首先，输入信号经过有源元件的放大作用，增加信号的幅度。

然后，经过滤波器的滤波作用，将不需要的频率成分滤除，只保留所需的频率范围。

二、有源滤波器的分类有源滤波器可以根据其频率响应特性和滤波器类型进行分类。

根据频率响应特性，有源滤波器可分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。

根据滤波器类型，有源滤波器可分为主动滤波器和交叉耦合滤波器。

1. 低通滤波器（Low Pass Filter，LPF）低通滤波器允许低于截止频率的频率通过，并阻止高于截止频率的频率通过。

它常用于去除高频噪声，保留低频信号。

低通滤波器的截止频率可以根据具体应用的要求进行调整。

2. 高通滤波器（High Pass Filter，HPF）高通滤波器允许高于截止频率的频率通过，并阻止低于截止频率的频率通过。

它常用于去除低频噪声，保留高频信号。

高通滤波器的截止频率可以根据具体应用的要求进行调整。

3. 带通滤波器（Band Pass Filter，BPF）带通滤波器允许特定频率范围内的频率通过，并阻止其他频率通过。

它常用于选择特定频率范围内的信号。

带通滤波器通常由一个低通滤波器和一个高通滤波器级联而成。

4. 带阻滤波器（Band Stop Filter，BSF）带阻滤波器阻止特定频率范围内的频率通过，并允许其他频率通过。

它常用于去除特定频率范围内的干扰信号。

有源电力滤波器理想的电力系统电压应该是固定的频率以及规定的幅值，而电流应和系统电压同相且为正弦波。

但随着电力电子技术的发展，电力电子装置得到日益广泛的应用，电力电子设备自身的非线性特性，为电网系统引入了大量的谐波和无功污染。

为了解决电力电子装置和其他谐波源的谐波污染问题，基本思路有两条：一条是装设谐波补偿装置来补偿谐波，对于各种谐波源都是适用的；另一条是对电力电子装置本身进行改造，使其不产生谐波，其功率因数可近似为1，这当然只适用于电力电子装置类型的谐波源。

目前，消除谐波的方法主要有无源电力滤波器(passive power filter，PPF)、有源电力滤波器(active power filter，APF)和混合型有源电力滤波器 (hybrid active power filter，HAPF)。

无源滤波器具有简单、方便等优点，但也存在以下缺点：(1)只能抑制固定的几次谐波，并对某次谐波在一定条件下会产生谐振而使谐波放大；(2)只能补偿固定的无功功率，对变化的无功负载不能进行精确补偿；(3)其滤波特性受系统参数影响较大，并且其滤波特性有时很难与调压要求相协调；(4)重量与体积较大等等。

有源电力滤波器是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置，它能对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿，应用可克服LC滤波器等传统的谐波抑制和无功补偿方法的缺点。

它以其良好的动态响应速度和补偿特性，在理论研究和实际应用方面都得到很大发展。

电力有源滤波器是一种能动态抑制谐波的新型电力电子装置, 它能克服传统无源LC滤波器的不足, 是一种很有发展前途的谐波抑制手段。

有源电力滤波器的分类有源电力滤波器可分为有源直流滤波器和有源交流滤波器两大类。

有源直流滤波器主要用来消除HVDC 系统中换流器直流侧的电压、电流谐波；而有源交流滤波器（即通常说的APF)，则是应用于交流电力系统各个电压等级的谐波补偿。

1．根据接入电网的方式分类根据接入电网的方式分类，有源电力滤波器可分为并联型APF、串联型APF、串－并联型APF 以及混合型APF。