有源电力滤波器与无源滤波器混合使用的研究

无源滤波器:这种电路主要有无源元件R、L和C组成。

有源滤波器:集成运放和R、C组成,具有不用电感、体积小、重量轻等优点。

集成运放的开环电压增益和输入阻抗均很高,输出电阻小,构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用。

但集成运放带宽有限,所以目前的有源滤波电路的工作频率难以做得很高。

无源滤波装置该装置由电容器、电抗器,有时还包括电阻器等无源元件组成,以对某次谐波或其以上次谐波形成低阻抗通路,以达到抑制高次谐波的作用;由于SVC的调节范围要由感性区扩大到容性区,所以滤波器与动态控制的电抗器一起并联,这样既满足无功补偿、改善功率因数,又能消除高次谐波的影响。

国际上广泛使用的滤波器种类有:各阶次单调谐滤波器、双调谐滤波器、二阶宽颇带与三阶宽频带高通滤波器等。

1单调谐滤波器:一阶单调谐滤波器的优点是滤波效果好,结构简单;缺点是电能损耗比较大,但随着品质因数的提高而减少,同时又随谐波次数的减少而增加,而电炉正好是低次谐波,主要是2~7次,因此,基波损耗较大。

二阶单调谐滤波器当品质因数在50以下时,基波损耗可减少20~50%,属节能型,滤波效果等效。

三阶单调谐滤波器是损耗最小的滤波器,但组成复杂些,投资也高些,用于电弧炉系统中,2次滤波器选用三阶滤波器为好,其它次选用二阶单调谐滤波器。

2高通(宽频带滤波器,一般用于某次及以上次的谐波抑制。

当在电弧炉等非线性负荷系统中采用时,对5次以上起滤波作用时,通过参数调整,可形成该滤波器回路对5次及以上次谐波的低阻抗通路。

有源滤波器虽然无源滤波器具有投资少、效率高、结构简单及维护方便等优点,在现阶段广泛用于配电网中,但由于滤波器特性受系统参数影响大,只能消除特定的几次谐波,而对某些次谐波会产生放大作用,甚至谐振现象等因素,随着电力电子技术的发展,人们将滤波研究方向逐步转向有源滤波器(Active PowerFliter,缩写为APF。

APF即利用可控的功率半导体器件向电网注入与谐波源电流幅值相等、相位相反的电流,使电源的总谐波电流为零,达到实时补偿谐波电流的目的。

有源电力滤波器与无源电力滤波器的区别随着大量电力电子装置在电网的投入运行，谐波已被公认为电力系统的“污染”和“公害”，谐波问题以及谐波的治理问题随着电力系统的发展愈来愈引起广泛的关注。

目前谐波治理的方法主要有无源滤波技术和有源滤波技术两种。

无源滤波装置是目前应用最为广泛的谐波抑制手段，它是按照希望抑制的谐波次数专门量身制造的，采用电感、电容的调谐原理，将谐波陷落在滤波器中，以减少对电网的注入。

无源滤波装置结构简单，成本较低，技术已比较成熟，但是也存在着难以克服的缺陷：1、滤波特性受系统参数的影响较大，极易与系统或者其它滤波支路发生串并联谐振。

2、只能消除特定的几次谐波，而对其他的某次谐波则会产生放大作用3、滤波、无功补偿、调压等要求之间有时难以协调4、谐波电流增大时，滤波器负担随之加重，可能造成滤波器过载，甚至损坏设备。

5、有效材料消耗多，体积大有源滤波技术作为一种新型的谐波治理技术，是消除谐波污染、提高电能质量的有效工具，与无源滤波技术相比，有着无可比拟的优势，主要表现在以下几个方面。

1、实现了动态补偿，可对频率和大小均变化的无功功率进行补偿，对补偿对象的变化有极快的响应速度；2、有源滤波装置是一个高阻抗电流源，它的接入对系统阻抗不会产生影响，因此此类装置适合系列化，规模化生产；3、当电网结构发生变化时装置受电网阻抗的影响不大，不存在与电网阻抗发生谐振的危险，同时能抑制串并联谐振4、补偿无功功率时不需要储能元件，补偿谐波时所需要的储能元件不大5、用同一台装置可同时补偿多次谐波电流和非整数倍次的谐波电流，既可以对一个谐波和无功源进行单独补偿，也可对多个谐波和无功源进行集中补偿6、当线路中的谐波电流突然增大时有源滤波器不会发生过载，并且能正常发挥作用，不需要与系统断开7、装置可以仅输出所需要补偿的高次谐波电流，不输出基波无功功率，不但减小了有源滤波器的总容量，还可以避免轻负荷时发生无功倒送现象。

目前国内生产有源滤波装置的企业较少，而且滤波性能也不甚理想。

APF?APF(有源电力滤波器)有何优点? APF，也就是我们常说的有源电力滤波器，APF的作用其实和滤波器相同，只不过APF事有源形式。

为增进大家对APF的认识，本文将对APF、APF的优点以及APF的发展趋势予以介绍。

如果你对APF 具有兴趣，不妨和我一起继续往下阅读哦。

一、有源电力滤波器有源电力滤波器(APF：Active power filter)是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置，它能够对不同大小和频率的谐波进行快速跟踪补偿，之所以称为有源，是相对于无源LC滤波器，只能被动吸收固定频率与大小的谐波而言，APF可以通过采样负载电流并进行各次谐波和无功的分离，控制并主动输出电流的大小、频率和相位，并且快速响应，抵消负载中相应电流，实现了动态跟踪补偿，而且可以既补谐波又补无功和不平衡。

APF主要采用FFT算法，DFT算法以及三相电路瞬时无功功率理论算法;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。

从理论基础来看，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!实际应用安全系数很低，国际普遍做法是以变压器升压，来保证可靠性，国家相关部门也要求以变压器升压的形式和有源滤波器结合，治理高压谐波!二、有源电力滤波器的优点1、有较快的响应能力有源电力滤波器可以在很短的时间之内快速的计算出下一个开关的输出频率，响应非常快速，可以快速补偿变化较为频繁的谐波。

2、可靠性高具有输出过电流、直流侧过电压、直流侧欠电压、交流侧过电流、交流侧过电压、IGBT死区保护以及IGBT综合保护等多种保护功能，以备设备或者系统出现异常情况时，设备可以安全的退出运行或保护系统及设备。

3、有着大容量的补偿力有源滤波器的补偿能力跟IGBT容量有很大关系，大容量谐波就很难补偿了，有源电力滤波器可以做到不受限制的并柜扩容，实现了大容量的谐波补偿，并且大大降低了成本。

谐波治理首选：有源电力滤波器安科瑞王志彬2019.03有源电力滤波器是在无源滤波器的基础上发展来的治理谐波的设备。

其工作原理是实时检测电网中负载电流，以特别快的速度分离出谐波电流分量，并依据谐波电流的大小发出控制指令，实时产生大小相等与方向相反的补偿电流注入到电网中，实时瞬时抵消滤除谐波电流与无功补偿。

因其设备电力电子组成是比较复杂的，耐压和使用寿命也较长，所以其格也较昂贵。

有源电力滤波器是面向二十一世纪，是破传统的电容、电抗无功补偿理论的一种高新的技术产品。

她集电力电子技术、计算机技术与现代控制技术于一体，采用当前最先进的控制算法消除电网谐波，实时检测电网中由非线性负载产生的电流波形，动态生成反向谐波电流，用以补偿负载谐波电流。

具有响应速度快、滤波范围广、滤波效率高、不受传统参数影响以及体积小等优点。

并完全遵循国家对于治理谐波的标准。

有源电力滤波器其治理谐波的精确度是特别高的，几乎可以达到95%以上，而且谐波治理的范围比较广阔，能够有效治理2-60次谐波。

有源谐波能改善用电系统中的用电不平衡状况，自动消除谐振，保障设备及系统安全运行。

她具有完善的智能操作系统，采用最新型7寸全彩触摸屏的智能操作单元，界面友好，操作简单方便;显示界面可实时显示电压、电流、负载谐波和设备输出谐波等波形、幅值及频谱等各类参数;实时故障记录和事件记录。

此外，有源电力滤波器具有很好地可扩充性，在现有的基础上可以根据市场的需求进行一定的扩展，比如说增加一些监控保证工作人员及时监控其工作。

还能够过远程控制来进行远距离操作，大大提高了谐波治理的工作效率。

安科瑞ANAPF有源电力滤波器1、概述1.1谐波的产生电力系统中理想的电压、电流波形都是频率为50Hz的正弦波，但是非线性电力设备（大功率可控硅、变频器、UPS、开关电源、中频炉等）的广泛应用产生了大量畸变的谐波电流，谐波电流耦合在线路上产生谐波电压。

对非正弦的畸变电流作傅立叶级数分解，其中频率与工频相同的分量为基波，频率是基波频率整数倍的分量为谐波。

试论谐波治理技术在建筑电气设计中的应用摘要：随着时代的发展，科学技术的进步，我国在建筑电气方面的设计建设更加注重。

电气设计质量是否达标直接决定着建筑物的安全性和节能性。

而谐波是影响电气设计能否达标的重要因素。

本文结合笔者多年工程的实践经验，对谐波存在于智能建筑中的危害进行了分析，并针对目前在建筑电气设计中应用的谐波治理措施作了比较与分析，谨供大家作参考之用。

关键词：智能建筑电气设计谐波治理措施危害近年来，在建筑工程项目中电气应用逐步增多，很多建筑特别是智能建筑采用大量的换流逆变设备和可控制硅整流设备，这些设备的采用产生了大量的谐波，严重的影响了建筑电气系统的正常运行。

不但降低了电能的使用质量和使用效果，还对经济造成了严重的损失，甚至威胁着整个电网的运行安全。

1、谐波的定义和危害谐波是指电流中所含有的频率为基波倍数的电量，通常在工作中对周期性的非正弦电量进行技术分解，其他大于基波频率的电流。

在智能建筑建设中谐波的产生容易造成电气设备的运行不畅，使得电动机在运行的过程中发生巨大的损耗，还对电动机的运转产生了相关的振动和噪音，更有甚至是容易引发火灾险情。

随着近年来科学技术的飞速发展，大量的先进设备逐步采用，但是由此所产生的谐波现象也在日益增多。

如计算机系统、开关电源、电子式荧光整流器等先进设备在应用中容易造纸供电系统的电压和电流发生不确定的畸变，这就造成了大量的谐波。

其次是在公用电网的应用中本身存在着一定的谐波含量和配电变压器作为产生谐波的主要因素，通常这些谐波都是有公用电网传输给配电系统，造成配电系统在运行中的缺陷和问题。

恶劣的谐波环境对现阶段的建筑用电设备和电力系统造成巨大的危害和影响，尤其是在智能建筑中，这种危害更为严重，其主要表现在以下几个方面：1.1谐波的出现造成了各种电气设备在使用中发电机产生了其他损耗，严重的增加了电能的消耗，同时还对电气设备的运行带来了振动和噪音影响，甚至是造成电气火灾的发生。

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。

电力谐波综合治理技术实验报告学院：信息科学与工程学院指导教师：危韧勇实验二谐波产生和抑制一．实验目的1.加深对电磁干扰抑制技术的了解。

2.了解谐波的产生3.了解谐波治理的各种方法4．理解无源滤波和有源滤波的原理二．实验设备1.电力谐波及FACTS综合实验台2.MALAB仿真平台三．实验原理目前在电力系统中抑制或减小谐波主要从两个方面进行。

第一方面是从产生谐波的谐波源装置本身入手，在这些装置设计时就考虑减小谐波的方法，增加谐波抑制环节以减少电网的谐波注入量，此方法被称为主动治理措施。

主动治理措施主要有增加变流装置的相数或脉冲数，采用多重化技术，采用脉宽调制(PWM:Pulse Width Modulation)技术，设计或采用高功率因数变流器等。

第二个谐波治理的重要方面是研究对系统中的谐波进行有效滤除和补偿的方法和措施，此方法被称为被动治理措施。

一般有三种：一是无源滤波包括低通滤波器和高通滤波器，二是有源电力滤波。

三是混合有源滤波。

混合有源滤波结合了无源滤波和有源滤波进行谐波治理，该方法将有效的克服单一使用无源滤波器和单一使用有源滤波器的缺点，而是综合了两者的优点，从而实现谐波电流的实时动态补偿。

即实现无源滤波器进行大容量的谐波补偿，有源滤波器进行微调补偿，从而有效降低有源滤波器的容量，不但能够实现谐波的动态补偿而且可以大大降低成本。

注入式混合有源滤波器是比较成熟的混合有源滤波技术，它的注入支路利用单调谐滤波器在基波频率处谐振时阻抗很小的特点，使得有源滤波器既不承受基波电压也不承受基波电流，从而大大减小有源滤波器的容量，使其更适于高压系统。

有源电力滤波器基本原理如图2.1所示。

设负载电流为l i ，谐波检测器从负载电流中检测出谐波电流h i ，令指令电流*c h i i =-，补偿电流控制算法控制逆变器产生补偿电流*c c i i =，注入母线，抵消负载电流中的谐波，达到抑制谐波电流流向电源的目的。