有源电力滤波器

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。

四、有源滤波的优点和缺点：
优点：可动态滤除各次谐波，对系统内的谐波能够完全吸收；不会产生谐振。

缺点：造价太高；受硬件限制，在大容量场合无法使用:有源滤波容量单套不超过100KVA,目前最高适用电网电压不超过450V.
五、应用场合
有源电力滤波器可广泛应用于工业、商业和机关团体的配电网中，如：电力系统、电解电镀企业、水处理设备、石化企业、大型商场及办公大楼、精密电子企业、机场／港口的供电系统、医疗机构等。

根据应用对象不同，HTAPF-I型有源电力滤波器的应用将起到保障供电可靠性、降低干扰、提高产品质量、增长设备寿命减少设备损坏等作用。

■通信行业
为了满足大规模数据中心机房的运行需要，通信配电系统中的UPS使用容量在大幅上升。

据调查，通信低压配电系统主要的谐波源设备为UPS、开关电源、变频空调等。

其产生的谐波含量都较高，且这些谐波源设备的位移功率因数极高。

通过使用有源滤波器可以提高通信系统及配电系统的稳定性，延长通信设备及电力设备的使用寿命，并且使配电系统更符合谐波环境的设计规范。

■半导体行业
大多数半导体行业的3次谐波非常严重，主要是由于企业中使用了大量的单相整流设备。

3次谐波属于零序谐波，具备在中性线汇集的特点，导致中性线压力过大，甚至出现打火现象，存在着极大的生产安全隐患。

谐波还会造成断路器跳闸，耽误生产时间。

3次谐波在变压器内形成环流，加速了变压器的老化。

严重的谐波污染必然对配电系统中的设备使用效率和寿命造成影响。

■石化行业
由于生产的需要，石化行业中存在着大量泵类负载，并且不少泵类负载都配有变频器。

变频器的大量应用使石化行业配电系统中的谐波含量大大增加。

目前绝大部分变频器整流环节都是应用6脉冲将交流转化为直流，因此产生的谐波以5次、7次、11次为主。

其主要危害表现为对电力设备
的危害及在计量方面的偏差。

使用有源滤波器可以很好地解决这方面的问题。

■化纤行业
为大幅提高熔化率、提高玻璃的熔化质量，以及延长炉龄、节省能源，在化纤行业常用到电助熔加热设备，借助电极把电直接送入燃料加热的玻璃池窑中。

这些设备会产生大量的谐波，且三相谐波的频谱和幅值差别比较大。

■钢铁/中频加热行业
钢铁业中常用到的中频炉、轧机、电弧炉等设备都会对电网的电能质量产生重大的影响，使电容补偿柜过载保护动作频繁、变压器和供电线路发热严重、熔断器频繁熔断等，甚至引起电压跌落、闪变。

■汽车制造业
焊机是汽车制造业中不可少的设备，由于焊机具有随机性、快速性及冲击性的特点，使大量使用焊机造成严重的电能质量问题，造成焊接质量不稳、自动化程度高的机器人由于电压不稳而不能工作，无功补偿系统无法正常使用等情况。

■直流电机谐波治理
大型直流电机场所都需要先通过整流设备将交流电转换为直流电，由于此类工程的负载容量都较大，因此在交流侧存在严重的谐波污染，造成电压畸变，严重时会引起事故。

■自动化生产线和精密设备的使用
在自动化生产线和精密设备场合，谐波会影响到其正常使用，使智能控制系统、PLC系统等出现故障。

■医院系统
医院对供电的连续性和可靠性有非常严格的要求，0类场所自动恢复供电时间T≤15S，1类场所自动恢复供电时间0.5S≤T≤15S，2类场所自动恢复供电时间T≤0.5S，电压总谐波畸变率THDu≤3%，X光机、CT机、核磁共振都是谐波含量极高的负载。

■剧场/体育馆
可控硅调光系统、大型LED设备等都是谐波源，在运行过程中会产生大量的三次谐波，不但造成配电系统的电力设备效率低下，而且还会造成灯光频闪，对通信、有线电视等微弱电回路产生杂音，甚至产生故障。

六、主要发展状况：
由于有源滤波存在的不足和缺陷，目前国内市场上主要以无源滤波为主；国际上以ABB、ABLEREX（爱普瑞斯）、诺基亚、施耐德（梅兰日兰）、西门子为代表，国内以山大华天，哈工大、西安赛博、南京亚派为代表，另外清华大学电机系研制的CleanPower系列有源电力滤波器在自适应能
力，稳定性以及对各种延时的最优补偿方面有了长足的进展，成为了最先进的产品之一。

随着电力电子技术的进步，有源电力滤波器以其巨大的技术优势、强大功能、逐渐下降的价格，必将最终取代传统的电容型无功补偿装置，占据市场主流。

谐波的危害
1、谐波会增加无功功率消耗和铜损
谐波电流将使电力系统中的元件（如电动机）产生谐波铜耗、谐波杂散损耗及谐波铁耗。

谐波损耗的存在使得电动机总损耗增加，温升增加以及效率降低。

电动机将增加无功功率,导致功率因数下降。

2、谐波会使电容器寿命缩短
含有谐波的电压加在电容器两端时，使电容器的总运行电流增大，温升提高，使用寿命缩短，很容易发生过负荷以至损坏。

同时，谐波对电容器参数匹配产生影响，有可能在电网中造成谐振，使故障加剧。

3、谐波会使控制系统可靠性降低
由于谐波引起控制系统误差造成触发角偏移及电流、电压变化率过高，引起晶闸管故障,造成整流装置、自动控制装置的控制失灵和误动作,影响继电保护装置，特别是整流型和晶闸管型电子设备误动或拒动,动作失去选择性,可靠性降低,造成系统故障。

4、谐波会加速绝缘老化
持续的谐波含量过高,将加速变压器、电动机、电力电缆的绝缘层老化而使其容易被击穿。

5、谐波会对通讯产生干扰
谐波电压和谐波电流通过线路间的感应作用,在通讯线路中感应出相当大的谐波电压，从而对通讯线路和控制信号造成干扰,影响通信网络的电磁效应和正常的通信载波工作。

有源电力滤波器与无源的比较
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，潍坊力捷能源科技有限公司携手专业院校研制推出的并联有源电力滤波装置LJ-380V/100A 使用高性能控制芯片和全控型电力电子器件，采用最先进的控制理论和全数字控制方法，实时检测电网中负载电流，快速分离出谐波电流分量，并根据谐波电流的大小产生控制指令，实时将大小相等、方向相反的补偿电流注入到电网中，实现瞬时滤除谐波。

同时还可以提供超前或滞后的无功电流，用于改善电网的功率因数和实现动态无功补偿，提高了电能质量。

LJ-380V/100A并联有源电力滤波装置已在多家企业试验运行，效果良好，达到了国家规定的谐波畸变的限制值。

有源电力滤波器还没有国家和行业的标准，但可参照以下标准：
GB12325-90 《电能质量供电电压允许偏差》
SD325 《电力系统电压和无功技术导则》
GB/T 14549-93 《电能质量公用电网谐波》
GB/T 15543-1995 《电能质量三相电压允许不平衡度》
GB 12326－2000 《电能质量电压允许波动和闪变》
GB11463-89 《电子测量仪器可靠性试验》
GB4208-93 《外壳防护等级的分类》。