有源电力滤波器原理及优缺点简析图「有源电力滤波器原理图」

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最传统的谐波抑制和无功补偿的方法是使用结构简单，使用方便，技术成熟以及成本低无源滤波器(Passive Filter,缩写为PF)。但缺点是只能滤除特定次谐波，过载能力小，对系统阻抗和频率变化的适应性较差，稳定性较差，损耗大等。

但由于无源滤波器特性受系统参数影响大，只能消除特定的几次谐波，过载能力小，对系统阻抗和频率变化的适应性较差，稳定性较差等因素，人们将滤波研究方向逐步转向有源滤波器(Active PowerFliter，缩写为APF)。

有源电力滤波器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。与传统的无源滤波器相比，有源电力滤波器具有补偿各次谐波、抑制闪变、补偿无功，自动跟踪补偿变化的谐波等技术优势，在工业上得到了广泛的应用。

有源电力滤波器的基本原理是实时检测电网谐波及补偿对象的电压和电流，经指令电流运算单元计算出补偿电流指令信号，利用可控电力电子器件产生与之大小相等、相位相反的补偿电流，注入电网与负载中的谐波电流抵消，使得电源中电流中只含基波，最终达到消除电源电流中谐波的目的；同时，有源滤波器发出基波无功电流，进行无功补偿。

有源电力滤波器从理论上讲可以产生任意波形的电流。图1为有源滤波器的结构框图[2]。与传统的无源滤波器一样，有源电力滤波器也是给谐波电流或谐波电压提供一个在谐振频率处等效导纳为无究大的并联网络或等效阻抗为无穷大的串联网络。

图1 有源滤波器的组成结构

根据接入电网的方式，有源电力滤波器可以分为并联型、串联型。每一种类型的有源电力滤波器结构不同，因其工作原理、特性各不相同。

图2为单独使用的并联型有源滤波系统的构成拓扑。它是有源滤波器中最基本的形式，它可产生与负载谐波大小相等，方向相反的补偿电流，从而将电源侧电流补偿为正弦波。并联型有源滤波器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。

它也是工业上已投入运行最多的一种方案，但由于电源电压直接加在逆变桥上，因此对开关元件的耐压电压等级要求高；负载谐波电流含量高时要求这种APF具备大的补偿容量和宽的补偿频带，从而使APF的成本提高，经济性价比下降，所以并联型有源滤波不适合补偿电压型谐波源。

图2 并联型有源滤波系统的结构图

串联型APF的结构图如图3。APF经耦合变压器串接入电力系统，可等效为一个受控电压源。主要优点是补偿电网谐波电压和三相不平衡电压，消除电压型谐波源负载对系统的影响，以及系统侧电压谐波与电压波动对敏感负载的影响。

但是，串联型有源滤波器损耗较大，且各种保护电路也较复杂；同时串联型有源电力滤波器应用在直流系统中时，耦合变压器的系统接入侧很容易出现直流磁饱和问题，所以只在交流系统中采用。

图3 串联型有源滤波系统的结构图

有源滤波器能有效滤除电网中2～50次谐波，反应时间小于1毫秒，是目前最有效的一种滤波技术。但是有源电力滤波器有容量大、成本高的缺点，在广泛使用上受到一定的限制。

（本文选编自《电气技术》，原文标题为“有源电力滤波器在电网谐波治理中的应用”，作者为李崇华。）