什么叫有源滤波器?有源滤波是什么意思?有源滤波的作用

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以LC或RC等器件组成的无源滤波器进行信号处理时，它们的滤波特性（尤其是RC组成的多阶滤波）往往不容易做的很好，且会产生衰减，如果配上放大器（运放、晶体管），利用放大、反馈等手段，可以取得比较理想的幅频响应，并且可抵消衰减甚至得到增益。例如可以做出最平坦幅频响应的巴特沃斯滤波器、通带内等纹波的切比雪夫滤波器、阻带等纹波的反切比雪夫滤波器、通带阻带均有纹波具有最窄过渡带的椭圆滤波器、时域最平坦特性的贝塞尔滤波器等，而用无源RC滤波器时很难形成这些复杂滤波特性形态。由于放大器需要电源，所以被称有源滤波器。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！
有源滤波器是通过实时监测谐波信号，然后发出幅值相等，相位相同，方向相反的电流，来抵消谐波电流的。它的主要作用除了滤除谐波，还可抑制闪变、补偿无功等。有源滤波器的电压放大倍数和通带截止频率不会随着负载的变化而变化，有很强的带载能力。有源电力滤波器由有源逆变器构成，与被补偿的谐波负载并联连接，通过实时检测负载电流波形，控制有源电力滤波器产生相应的补偿电压，使有源支路的阻抗对各次谐波都为零，滤除波形中的基波（50/60Hz）成分，将剩余部分的波形反向，通过控制IGBT的触发，将反向电流注入供电系统中，实现滤除谐波、动态补偿系统波动、抑制谐振、提高功率因素等四大功能。从而提高滤波器的滤波效果。
电力有源滤波器的功能
　　1、滤除电流谐波
　　可以高效的滤除负荷电流中2~25次的各次谐波，从而使得配电网清洁高效，满足国标对配电网谐波的要求。该产品真正做到自适应跟踪补偿，可以自动识别负荷整体变化及负荷谐波含量的变化而迅速跟踪补偿，80us响应负荷变化，20ms实现完全跟踪补偿。
　　2、改善系统不平衡状况
　　可完全消除因谐波引起的系统不平衡，在设备容量许可的情况下，可根据用户设定补偿系统基波负序和零序不平衡分量并适度补偿无功功率。在确保滤除谐波功能的基础上有效改善系统不平衡状况。
　　3、抑制电网谐振
　　不会与电网发生谐振，而且在其容量许可范围内还可以有效抑制电网自身的谐振。这是无源滤波装置无法做到的。
　　4、多种保护功能
　　具备过流、过压、欠压、温度过高、测量电路故障、雷击等多种保护功能，以确保装置和电力系统安全运行，并可在负荷较轻时自动退出运行，充分考虑运行的经济性。
　　5、全数字式操作
　　具备友好的人机接口，使得操作简便，易于使用和维护。
　　6、可扩展性
　　在现有的基础上还可以根据市场需求进行功能扩展，比如可以扩展带液晶显示的监测、控制台，便于工作人员实地查看装置运行情况；在通讯网络畅通的情况下，还可以应用GPRS无线通讯技术，扩展为远程监测甚至远程控制。

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，是目前国内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，该电流在电感内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。与并联型有源滤波器相比，串联型有源滤波器损耗较大，且各种保护电路也较复杂，因此，很少研究单独使用的串联型有源滤波器，而大多数将它作为混合型有源滤波器的一部分予以研究。

图6 混合型有源滤波器

图6所示为混合型有源滤波器的基本结构。它是在串联型有源滤波器的基础上使用一些大容量的无源L-C滤波网络来承担消除低次谐波，进行无功补偿的任务。而串联型有源滤波器只承担消除高次谐振及阻尼无源LC网络与线路阻抗产生的谐波谐振的任务。从而使串联型有源滤波器的电流、电压额定值大大减少(功率容量可减少到负载容量的5%以下)，降低了有源滤波器的成本和体积。从经济角度而言，这种结构形式在目前是一种值得推荐的方案。但随着电力电子器件性能的不断提高，成本不断下降，混合型有源滤波器可能被下面一种性能价格比更高的有源滤波器代替。

图7 串－并联型有源滤波器

图7所示为串－并联型有源滤波器的基本结构。它组合了串联有源滤波器和并联有源滤波器的优点，能解决电气系统发生的大多数电能质量问题，所以又称之为万能有源滤波器或统一电能质量调节器(UPQC)，该类有源滤波器的主要问题是控制复杂、造价较高。