有源滤波器

　　有源电力滤波器(Active Power Filter，简称APF)是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置，它能够对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿。

　　有源滤波器之所以称为有源，顾名思义该装置需要提供电源(用以补偿主电路的谐波)，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!

　　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。

　　技术优势　　绿色化

　　效率达97.2%，比效率为95%的有源滤波器年节约电能约6, 500kwh

　　效率更高的拓扑增强型控制算法

　　基于精确模型的热设计和结构优化

　　小型化

　　体积仅为同类主流品牌1/6,占用更少空间 ，

　　活适应不同的工况安装创新，壁挂式或机架式安装使用更少的原材料,保护环境

　　智能化

　　补偿指定次数谐波可调感性、容性无功补偿补偿系统不平衡负载自动检测、抑制系统谐振全功能监控系统

　　模块化

　　N+1冗余，显著提高系统可靠性流水线生产 ， 更出色质量保证减少系统单故障点灵活并联，适应不同工况

　　功能特性

　　同时滤除2~50次谐波，或选择2~50次内任意次数谐波进行补偿 响应时间小于300μs

　　采用3DSP+CPLD全数字控制方式和国际知名品牌高速IGBT，闭环控制，精确滤除谐波

　　应用四相线技术，消除中性线电流

　　自动消除谐振，不受电网阻抗和系统阻抗变化影响 具有补偿谐波;同时补偿谐波和无功;同时补偿谐波，无功和负 载三相电流不平衡三种工作模式

　　电子式过负荷保护

　　逆变器控制具备了机器快速的FPGA，功率数字信号处理功能

　　模块化设计，易于扩展 多机并联集中监控功能 远程网络监控功能

　　维护方便，在符合要求的工作环境下工作，非机器故障无需维护

　　产品设计标准

　　国际标准

　　EN 50091-3, EN 61000-6-2, EN55011, EN 50178:1997, IEC 62040-3, IEC 50178:1997, AS 62040-3(VFI SS 111), CISPR11

　　国家标准

　　GB/T14549-93《电能质量：公用电网谐波》

　　GB/T15543-1995 《电能质量：三相电压允许不平衡度》

　　GB/T15945-1995 《电能质量：电力系统频率允许偏差》

　　GB/T12326-2000 《电能质量：电压波动和闪变》

　　GB/T12325-2003 《电能质量：供电电压允许偏差》

　　GB/T18481-2001 《电能质量：暂时过电压和瞬态过电压》

　　GB/T15576-2008 《低压成套无功功率补偿装置》

　　GB7625.11998 《低压电气电子产品发出的谐波电流限值》

　　GB 4208-2008《外壳防护等级(IP代码)》

　　电压输入范围

　　额定工作电压为380V，可承受-40%～+20%的电压波动，频率为50/60Hz, 可承受+/-5%的频率波动，适应各种不同工况的电能质量环境。同时，如果电压波动超过上下限，机器自动闭锁输出，并 发出告警。

　　自动限流

　　自动限定在额定容量范围内100%输出，如果负载侧谐波电流大于机 器额定容量，机器会在额定容量内继续输出电流补偿谐波，不会发生过载导致自身超载或退出运行。

　　负载短路保护

　　可承受负载瞬间短路的冲击，在短路消除后重新启动。

　　并联独立控制

　　并联接入电网，不会因机器故障导致电网发生断电事故。多台YW-APF有源电力滤波器并联系统，如果一台因故障退出运行，剩余的 机器仍能正常工作实现滤波功能。

　　三相电流独立控制

　　各相电流独立控制，单相注入电流，不受系统三相电流不平衡影响，中性线滤波能力为相线的三倍。

　　IP防护等级及防雷保护

　　IP保护等级为IP20;防雷保护能力为20kA。

　　监控系统

　　系统具备快速、完全的故障自检功能，包括市电欠压或过压、母线 过压或过流、风扇故障、功率器件过温、输入保险丝熔断等各种故障自检，所有故障均通过LCD显示屏及LED运行状态灯发出告警信号，同时机器自动采取相对应的操作保护系统。 监控系统在供电或断电情况下可保存500条故障记录，便于分析原因 及排除故障。

　　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。

　　优点

　　无源滤波器具有结构简单、成本低廉、运行可靠性较高、运行费用较低等优点，至今仍是被广泛应用谐波治理方法。

　　分类

　　LC滤波器的特性应能满足规定的技术指标要求。这些技术要求通常是频率域的工作衰减，或是相移，或是二者兼有;有时则提出时间域的时间响应要求。无源滤波器主要可以分为两大类：调谐滤波器和高通滤波器。同时按根据设计方法的不同，可分为影像参数滤波器和工作参数滤波器。

　　调谐滤波器

　　调谐滤波器包括单调谐滤波器和双调谐滤波器，可以滤除某一次(单调谐)或两次(双调谐)谐波，该谐波的频率称为调谐滤波器的谐振频率。

　　高通滤波器

　　高通滤波器也称为减幅滤波器，主要包括一阶高通滤波器、二阶高通滤波器、三阶高通滤波器和c型滤波器，用来大幅衰减低于某一频率的谐波，该频率称为高通滤波器的截止频率。

　　影像参数滤波器

　　以影像参数理论为基础设计实现的滤波器。这种滤波器是由若干个基本节(或半节)按联接处影像阻抗相等的原则级联组成的。基本节按电路结构分有定k型和m导出型。以LC低通滤波器为例，定k型低通基本节的阻带衰减随频率增加而单调增大;m导出型低通基本节则在阻带中某频率处有衰减峰，衰减峰的位置由m导出节中的m值控制。各低通基本节级联后构成的低通滤波器，固有衰减等于各基本节的固有衰减之和，当滤波器两端终接的电源内阻抗和负载阻抗分别等于其两端的影像阻抗时，该滤波器的工作衰减和相移就分别等于其固有衰减和相移。图1(a)所示的滤波器是由一个定k节和两个m导出节级联组成，Zπ和Zπm为影像阻抗。图1(b)为其衰减频率特性。阻带内两个衰减峰/f∞1和f∞2的位置分别由两个m导出节的m值决定。

　　同理，高通、带通和带阻滤波器也可用相应的基本节组成。

　　滤波器的影像阻抗不可能与纯电阻性的电源内阻以及负载阻抗在整个频带都相等(在阻带内相差更大)，固有衰减与工作衰减在通带内有较大的差异。为了确保技术指标的实现，通常是在设计中预留足够的固有衰减裕度和增大通带宽度来弥补。 图1 工作参数滤波器

　　这种滤波器不是由基本节级联组成和，而是用可以由R、L、C以及互感元件物理实现的网络函数去精确逼近滤波器的技术指标，然后由求得的网络函数实现相应的滤波器电路。根据不同的逼近准则，可以得出不同的网络函数，从而实现不同类型的滤波器。图2(a)是用最平幅度逼近(勃脱华兹逼近)实现的低通滤波器的特性;通带在零频附近最为平坦，趋向阻带时衰减单调增大。图2(c)是用等波纹逼近(切比雪夫逼近)实现的低通滤波器的特性;在通带内衰减在零和上限值之间做等幅起伏，在阻带内衰减单调增大。图2(e)是用椭圆函数逼近实现低通滤波器的特性，衰减在通带和阻带内都呈现等伏变化。图2(g)是用实现的低通滤波器的特性;在通带内衰减做等幅起伏，在阻带内衰减按指标要求的起落而做相应的起伏。图2(b)、(d)、(f)、(h)分别是这些低通滤波器相应的电路。 图2 高通、带通、带阻滤波器通常利用频率变换的方法由低通导出。

　　工作参数滤波器是由综合法精确地按技术指标要求设计出来的，能得出性能优良和经济的滤波器电路，

　　LC滤波器的制作比较容易，价格较低，能应用的频带宽，广泛应用于通信、仪表等领域中;同时也常用作许多其它类型滤波器的设计原型。

　　任何一个电子系统都具有自己的频带宽度(对信号最高频率的限制)，频率特性反映出了电子系统的基本特点。而滤波器，则是根据电路参数对电路频带宽度的影响而设计出来的工程应用电路。大家都知道滤波器种类很多，而有源和无源滤波器的区别我们最简单的分别办法是看看是否需要电源，在作用上最大的区别在于有源滤波器可以有增益，无源滤波器无增益是衰减的。

　　有源滤波器之所以称为有源，顾名思义该装置需要提供电源(用以补偿主电路的谐波)，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。

　　无源滤波器由LC等被动元件组成，将其设计为某频率下极低阻抗，对相应频率谐波电流进行分流，其行为模式为提供被动式谐波电流旁路通道;而有源滤波器由电力电子元件和DSP等构成的电能变换设备，检测负载谐波电流并主动提供对应的补偿电流，补偿后的源电流几乎为纯正弦波，其行为模式为主动式电流源输出。

　　有源和无源滤波器的区别---滤波原理不同

　　有源滤波(APF)与无源滤波(FC)在滤波原理上是不同的，无源滤波主要是利用阻容元器件的LC谐振特性，对系统中的某一特定频率形成一个低阻通道，这个低阻通道与系统阻抗形成并联分流关系，让谐波成份从滤波系统中流过。也就是说无源滤波器是利用电容器和电抗器形成LC谐振回路对电网系统中某一次或几次谐波进行滤波，从而达到对系统滤波的作用。

　　有源滤波APF则是利用现代电力电子器件主动产生一个与系统谐波大小相等相位相反的谐波，以“抵消”系统产生的谐波。概括地说FC属于并联分流，APF是主动抵消。

　　有源和无源滤波器的区别--功耗的区别

　　无源滤波器由于电阻以及电感的阻抗存在，功耗在同等情况下还是比有源滤波器要高一些，而且电路的延迟要要大一些。有源滤波器的功耗相对而言会小很多，而且在通带内不会有衰减，而通过设定滤波器的Q值，可以改变放大倍数。一般的模拟低通滤波器用的很多用ButterWorth类型的有源滤波器，效果还是很好的。但是问题还是随之而来，带宽一般能提升，而且受到电路所选择的运放限制，一旦超过运放频率特性范围，电路就很容易自激振荡，输出的就全部是噪声了。

　　有源和无源滤波器的区别--应用领域的区别

　　无源滤波电路的结构简单，易于设计，但它的通带放大倍数及其截止频率都随负载而变化，因而不适用于信号处理要求高的场合。无源滤波电路通常用在功率电路中，比如直流电源整流后的滤波，或者大电流负载时采用LC(电感、电容)电路滤波。

　　有源滤波电路的负载不影响滤波特性，因此常用于信号处理要求高的场合。有源滤波电路一般由RC网络和集成运放组成，因而必须在合适的直流电源供电的情况下才能使用，同时还可以进行放大。但电路的组成和设计也较复杂。

　　有源滤波电路不适用于高电压大电流的场合，只适用于信号处理。

　　1.有源滤波容量单套不超过100KVA，无源滤波则无此限制。

　　2.有源滤波在提供滤波时，不能或很少提供无功功率补偿，因为要占容量;而无源滤波则同时提供无功功率补偿。

　　3.有源滤波目前最高适用电网电压不超过450V，而低压无源滤波最高适用电网电压可达3000V。

　　4.无源滤波由于其价格优势、且不受硬件限制，广泛用于电力、油田、钢铁、冶金、煤矿、石化、造船、汽车、电铁、新能源等行业;有源滤波器因无法解决的硬件问题，在大容量场合无法使用，适用于电信、医院等用电功率较小且谐波频率较高的单位，优于无源滤波。

　　有源无源滤波器优缺点-----有源滤波反映动作迅速、价格高

　　有源滤波自身就是谐波源。其依靠电力电子装置，在检测到系统谐波的同时产生一组和系统幅值相等，相位相反的谐波向量，这样可以抵消掉系统谐波，使其成为正弦波形。有源滤波除了滤除谐波外，同时还可以动态补偿无功功率。其优点是反映动作迅速，滤除谐波可达到95%以上，补偿无功细致。

　　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。

　　有源滤波器缺点为价格高，容量小。由于目前国际上大容量硅阀技术还不成熟，所以当前常见的有源滤波容量不超过600千瓦。其运行可靠性也不及无源。

　　一般低频信号滤波还是可以用普通运放，但是信号的频率一旦增大了，尤其是信号达到MHz，这个时候普通的运放还是很难达到要求，就需要选择高速运放，但是高速运放的价格确实很贵的。一旦在有源滤波器中加入高成本的高速运放就大大的增加了成本。

　　有源无源滤波器优缺点-----无源滤波成本低、谐波滤除率低

　　一般无源滤波指通过电感和电容的匹配对某次谐波并联低阻(调谐滤波)状态，给某次谐波电流构成一个低阻态通路。这样谐波电流就不会流入系统。无源滤波的优点为成本低，运行稳定，技术相对成熟，容量大。缺点为谐波滤除率一般只有80%，对基波的无功补偿也是一定的。目前在容量大且要求补偿细致的地方一般使用有源加无源混合型，即无源进行大容量的滤波补偿，有源进行微调。

　　无源滤波器的通带变化还会受到输入电阻和输出电阻的影响，也就是输入端信号源的内阻会对滤波器网络有影响，其次负载的变化也对滤波网络有影响，因此在设计的时候要考虑这一点。

　　阻抗影响

　　无源滤波器受系统阻抗影响严重，存在谐波放大和共振的危险;而有源滤波不受影响。

　　频率影响

　　无源滤波器谐振点偏移，效果降低;有源滤波器不受影响。

　　负载影响

　　无源滤波器可能因为超载而损坏;有源滤波器无损坏之危险，谐波量大于补偿能力时，仅发生补偿效果不足而已。无源滤波器补偿效果随着负载的变化而变化;有源滤波器不受负载变化影响。