有源濾波器

之所以稱為有源，顧名思義該裝置需要提供電源（用以補償主電路的諧波），其應用可克服LC濾波器等傳統的諧波抑製和無功補償方法的缺點（傳統的隻能固定補償），實現了動態跟蹤補償，而且可以既補諧波又補無功；三相電路瞬時無功功率理論是APF發展的主要基礎理論；APF有並聯型和串聯型兩種，前者用的多；並聯有源濾波器主要是治理電流諧波，串聯有源濾波器主要是治理電壓諧波等引起的問題。有源濾波器同無源濾波器比較，治理效果好，主要可以同時濾除多次及高次諧波，不會引起諧振，但是價位相對高！

有源濾波器

基本原理

有源電力濾波器，是采用現代電力電子技術和基於高速DSPqijiandeshuzixinhaochulijishuzhichengdexinxingdianlixiebozhilizhuanyongshebei。tayouzhilingdianliuyunsuandianluhebuchangdianliufashengdianlulianggezhuyaobufenzucheng。zhilingdianliuyunsuandianlushishijianshixianluzhongdedianliu，bingjiangmonidianliuxinhaozhuanhuanweishuzixinhao，songrugaosushuzixinhaochuliqi（DSP）對信號進行處理，將諧波與基波分離，並以脈寬調製（PWM）信號形式向補償電流發生電路送出驅動脈衝，驅動IGBT或IPM功率模塊，生成與電網諧波電流幅值相等、極性相反的補償電流注入電網，對諧波電流進行補償或抵消，主動消除電力諧波。

技術優勢　　綠色化

效率達97.2%，比效率為95%的有源濾波器年節約電能約6, 500kwh

效率更高的拓撲增強型控製算法

基於精確模型的熱設計和結構優化

小型化

體積僅為同類主流品牌1/6,占用更少空間，

活適應不同的工況安裝創新，壁掛式或機架式安裝使用更少的原材料,保護環境

智能化

補償指定次數諧波可調感性、容性無功補償補償係統不平衡負載自動檢測、抑製係統諧振全功能監控係統

模塊化

N+1冗餘，顯著提高係統可靠性流水線生產，更出色質量保證減少係統單故障點靈活並聯，適應不同工況

功能特性

同時濾除2~50次諧波，或選擇2~50次內任意次數諧波進行補償響應時間小於300μs

采用3DSP+CPLD全數字控製方式和國際知名品牌高速IGBT，閉環控製，精確濾除諧波

應用四相線技術，消除中性線電流

自動消除諧振，不受電網阻抗和係統阻抗變化影響具有補償諧波；同時補償諧波和無功；同時補償諧波，無功和負載三相電流不平衡三種工作模式

電子式過負荷保護

逆變器控製具備了機器快速的FPGA，功率數字信號處理功能

模塊化設計，易於擴展多機並聯集中監控功能遠程網絡監控功能

維護方便，在符合要求的工作環境下工作，非機器故障無需維護

產品設計標準

國際標準

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

國家標準

GB/T14549-93《電能質量：公用電網諧波》

GB/T15543-1995 《電能質量：三相電壓允許不平衡度》

GB/T15945-1995 《電能質量：電力係統頻率允許偏差》

GB/T12326-2000 《電能質量：電壓波動和閃變》

GB/T12325-2003 《電能質量：供電電壓允許偏差》

GB/T18481-2001 《電能質量：暫時過電壓和瞬態過電壓》

GB/T15576-2008 《低壓成套無功功率補償裝置》

GB7625.11998 《低壓電氣電子產品發出的諧波電流限值》

GB 4208-2008《外殼防護等級(IP代碼)》

電壓輸入範圍

額定工作電壓為380V，可承受-40%～+20%的電壓波動，頻率為50/60Hz, 可承受+/-5%的頻率波動，適應各種不同工況的電能質量環境。同時，如果電壓波動超過上下限，機器自動閉鎖輸出，並發出告警。

自動限流

自動限定在額定容量範圍內100%輸出，如果負載側諧波電流大於機器額定容量，機器會在額定容量內繼續輸出電流補償諧波，不會發生過載導致自身超載或退出運行。

負載短路保護

可承受負載瞬間短路的衝擊，在短路消除後重新啟動。

並聯獨立控製

並聯接入電網，不會因機器故障導致電網發生斷電事故。多台YW-APF有源電力濾波器並聯係統，如果一台因故障退出運行，剩餘的機器仍能正常工作實現濾波功能。

三相電流獨立控製

各相電流獨立控製，單相注入電流，不受係統三相電流不平衡影響，中性線濾波能力為相線的三倍。

IP防護等級及防雷保護

IP保護等級為IP20；防雷保護能力為20kA。

監控係統

係統具備快速、完全的故障自檢功能，包括市電欠壓或過壓、母線過壓或過流、風扇故障、功率器件過溫、輸入保險絲熔斷等各種故障自檢，所有故障均通過LCD顯示屏及LED運行狀態燈發出告警信號，同時機器自動采取相對應的操作保護係統。監控係統在供電或斷電情況下可保存500條故障記錄，便於分析原因及排除故障。

設計方法

有源濾波器的設計方法，大致可歸結為級聯法和模擬法兩大類。

級聯法

根據技術指標要求，求出可以物理實現的轉移函數（通常可由現成的有源濾波器資料和手冊中查得），並將它分解為低階函數（主要是二階函數）zhiji，jiangzhexiedijiehanshufenbieyongyouyuandianlushixianhouzaijilianqilai，jiushixianleyuanzhuanyihanshu。shixiandijiehanshudedianlutongchengweijibenjie，muqianyiyouxuduodianxingdeerjiejibenjiedianlugongshejizhexuanyong。anjibenjiezhongshiyongfangdaqideshumukefenweidanfangdaqidianlu、雙放大器電路、三放大器電路、四放大器電路，圖1給出了幾個基本節示例。級聯法設計過程比較簡單，電路特性調整容易，所實現的電路比較經濟，是常用的方法。

模擬法

先設計出能滿足技術指標要求的LC濾波器器作為設計原型，再用有源電路去模擬實現。這種方法又可分為元件模擬法和功能模擬法兩類，並且多以雙端終接電阻的LC梯型濾波器為原型。通常，模擬法比級聯法需用更多元件。

（1）元件模擬法

用模擬電感（能實現電感特性的不含電感元件的有源電路）取代LC濾波器中的電感元件。現有浮地模擬電感電路的性能還不夠好，用得較少。當LC濾波器中含有浮地電感時，常通過變換的方法來消除它。RLC—CRD變換是常用的一種。它是用因子K/s（s是複頻率，K為實常數）使電路中每個元件的阻抗都增大K/s倍。這種變換不會改變原電路的傳輸特性，卻使原電路中的R、L、C元件分別變成了C、R、D（頻變負阻）元件。圖2是一例子。

（2）功能模擬法先作出LC原型濾波器電路中各電壓電流的信號流圖，再用積分器、加法器、乘法器等有源電路來實現。

基本應用

諧波主要危害：

· 增加電力設施負荷，降低係統功率因數，降低發電、輸電及用電設備的有效容量和效率，造成設備浪費、線路浪費和電能損失；

· 引起無功補償電容器諧振和諧波電流放大，導致電容器組因過電流或過電壓而損壞或無法投入運行；

· 產生脈動轉矩致使電動機振動，影響產品質量和電機壽命；

· 由於渦流和集膚效應，使電機、變壓器、輸電線路等產生附加功率損耗而過熱，浪費電能並加速絕緣老化；

· 諧波電壓以正比於其峰值電壓的形式增強了絕緣介質的電場強度，降低設備使用壽命；

· 零序（3的倍數次）諧波電流會導致三相四線係統的中線過載，並在三角形接法的變壓器繞組內產生環流，使繞組電流超過額定值，嚴重時甚至引發事故。

· 諧波會改變保護繼電器的動作特性，引起繼電保護設施的誤動作，造成繼電保護等自動裝置工作紊亂；

· 諧波變改變了電壓或電流的變化率和峰值，延緩電弧熄滅，影響斷路器的分斷容量；

· 使計量儀表特別是感應式電能表產生計量誤差；

· 幹擾鄰近的電力電子設備、工業控製設備和通訊設備，影響設備的正常運行。

諧波治理經濟效益：

1、節能5%～8%

某IDC機房7台400KVAUPS不間斷電源，08年電費支出約1500萬元，治理諧波後年節約電費110萬元，節能效果7.3%。

2、降容減少變壓器、斷路器、電纜投資

某工廠安裝國電中自有源濾波器，退還一台變壓器給供電局，節省100多萬投資保護設備、減少設備投資；

河南某紙廠變頻器產生的諧波每月燒毀兩台風機，每月損失3萬元。

3、提高生產率和保持連續供電

大慶腈綸廠治理諧波後日產量從197噸提高到210噸。

優缺點

優點：可動態濾除各次諧波，對係統內的諧波能夠完全吸收；不會產生諧振。

缺點：造價太高；受硬件限製，在大容量場合無法使用:有源濾波容量單套不超過100KVA,目前最高適用電網電壓不超過690V。

應用場合

薩頓斯有源電力濾波器可廣泛應用於工業、商業和機關團體的配電網中，如：電力係統、電解電鍍企業、水處理設備、石化企業、大型商場及辦公大樓、精密電子企業、機場/港口的供電係統、醫療機構等。根據應用對象不同，HTAPF-I型有源電力濾波器的應用將起到保障供電可靠性、降低幹擾、提高產品質量、增長設備壽命減少設備損壞等作用。

■通信行業

為了滿足大規模數據中心機房的運行需要，通信配電係統中的UPS使用容量在大幅上升。據調查，通信低壓配電係統主要的諧波源設備為UPS、開關電源、變(bian)頻(pin)空(kong)調(tiao)等(deng)。其(qi)產(chan)生(sheng)的(de)諧(xie)波(bo)含(han)量(liang)都(dou)較(jiao)高(gao)，且(qie)這(zhe)些(xie)諧(xie)波(bo)源(yuan)設(she)備(bei)的(de)位(wei)移(yi)功(gong)率(lv)因(yin)數(shu)極(ji)高(gao)。通(tong)過(guo)使(shi)用(yong)有(you)源(yuan)濾(lv)波(bo)器(qi)可(ke)以(yi)提(ti)高(gao)通(tong)信(xin)係(xi)統(tong)及(ji)配(pei)電(dian)係(xi)統(tong)的(de)穩(wen)定(ding)性(xing)，延(yan)長(chang)通(tong)信(xin)設(she)備(bei)及(ji)電(dian)力(li)設(she)備(bei)的(de)使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)，並(bing)且(qie)使(shi)配(pei)電(dian)係(xi)統(tong)更(geng)符(fu)合(he)諧(xie)波(bo)環(huan)境(jing)的(de)設(she)計(ji)規(gui)範(fan)。

■半導體行業

大多數半導體行業的3次諧波非常嚴重，主要是由於企業中使用了大量的單相整流設備。3cixieboshuyulingxuxiebo，jubeizaizhongxingxianhuijidetedian，daozhizhongxingxianyaliguoda，shenzhichuxiandahuoxianxiang，cunzaizhejidadeshengchananquanyinhuan。xiebohaihuizaochengduanluqitiaozha，danwushengchanshijian。3次諧波在變壓器內形成環流，加速了變壓器的老化。嚴重的諧波汙染必然對配電係統中的設備使用效率和壽命造成影響。

■石化行業

youyushengchandexuyao，shihuaxingyezhongcunzaizhedaliangbengleifuzai，bingqiebushaobengleifuzaidoupeiyoubianpinqi。bianpinqidedaliangyingyongshishihuaxingyepeidianxitongzhongdexiebohanliangdadazengjia。muqianjuedabufenbianpinqizhengliuhuanjiedoushiyingyong6脈衝將交流轉化為直流，因此產生的諧波以5次、7次、11次為主。其主要危害表現為對電力設備的危害及在計量方麵的偏差。使用有源濾波器可以很好地解決這方麵的問題。

■化纖行業

為大幅提高熔化率、提高玻璃的熔化質量，以及延長爐齡、節jie省sheng能neng源yuan，在zai化hua纖xian行xing業ye常chang用yong到dao電dian助zhu熔rong加jia熱re設she備bei，借jie助zhu電dian極ji把ba電dian直zhi接jie送song入ru燃ran料liao加jia熱re的de玻bo璃li池chi窯yao中zhong。這zhe些xie設she備bei會hui產chan生sheng大da量liang的de諧xie波bo，且qie三san相xiang諧xie波bo的de頻pin譜pu和he幅fu值zhi差cha別bie比bi較jiao大da。

■鋼鐵/中頻加熱行業

鋼鐵業中常用到的中頻爐、軋機、電弧爐等設備都會對電網的電能質量產生重大的影響，使電容補償櫃過載保護動作頻繁、變壓器和供電線路發熱嚴重、熔斷器頻繁熔斷等，甚至引起電壓跌落、閃變。

■汽車製造業

焊機是汽車製造業中不可少的設備，由於焊機具有隨機性、快速性及衝擊性的特點，使大量使用焊機造成嚴重的電能質量問題，造成焊接質量不穩、自動化程度高的機器人由於電壓不穩而不能工作，無功補償係統無法正常使用等情況。

■直流電機諧波治理

大(da)型(xing)直(zhi)流(liu)電(dian)機(ji)場(chang)所(suo)都(dou)需(xu)要(yao)先(xian)通(tong)過(guo)整(zheng)流(liu)設(she)備(bei)將(jiang)交(jiao)流(liu)電(dian)轉(zhuan)換(huan)為(wei)直(zhi)流(liu)電(dian)，由(you)於(yu)此(ci)類(lei)工(gong)程(cheng)的(de)負(fu)載(zai)容(rong)量(liang)都(dou)較(jiao)大(da)，因(yin)此(ci)在(zai)交(jiao)流(liu)側(ce)存(cun)在(zai)嚴(yan)重(zhong)的(de)諧(xie)波(bo)汙(wu)染(ran)，造(zao)成(cheng)電(dian)壓(ya)畸(ji)變(bian)，嚴(yan)重(zhong)時(shi)會(hui)引(yin)起(qi)事(shi)故(gu)。

■自動化生產線和精密設備的使用

在自動化生產線和精密設備場合，諧波會影響到其正常使用，使智能控製係統、PLC係統等出現故障。

■醫院係統

醫院對供電的連續性和可靠性有非常嚴格的要求，0類場所自動恢複供電時間T≤15S，1類場所自動恢複供電時間0.5S≤T≤15S， 2類場所自動恢複供電時間T≤0.5S，電壓總諧波畸變率THDu≤3%，X光機、CT機、核磁共振都是諧波含量極高的負載。

■劇場/體育館

可控矽調光係統、大型LED設備等都是諧波源，在運行過程中會產生大量的三次諧波，不但造成配電係統的電力設備效率低下，而且還會造成燈光頻閃，對通信、有線電視等微弱電回路產生雜音，甚至產生故障。

發展狀況

隨著電力電子技術和控製技術的進步，國產有源濾波器已經在各種重大項目上的代替的進口產品，僅2012年，國產有源濾波器產品的銷售額已經超過進口品牌5倍之多，其中西安賽博、深圳盛弘、以及山大華天的銷售額更是占據了國產中的半壁江山，並在超過5000A的項目中屢有斬獲，於此同時，利思、雙電、英那士等新興廠家也在不斷衝擊著市場，有源電力濾波器APF以其巨大的技術優勢、強大功能、逐漸下降的價格，必將最終取代傳統無源型濾波器PF。

在APF的發展過程中，模塊化的有源濾波設備以其體積小，安裝方便，集成化程度高，工作穩定，擴容方便等優點慢慢取代了傳統的櫃式APF，在艾普瑞斯、深圳盛弘等模塊化行業領頭羊的帶領下，國產品牌山大華天、西安賽博、上海雙電也紛紛在2012年推出了模塊化產品，進口品牌施耐德也與艾普瑞斯達成戰略合作，擁有了模塊化產品，在未來的5年中，模塊化的有源濾波APF與靜止無功發生器SVG的組合必將成為電能質量行業中最有力的解決方案，並被市場廣泛的認可。

工作原理

有(you)源(yuan)濾(lv)波(bo)器(qi)是(shi)用(yong)電(dian)流(liu)互(hu)感(gan)器(qi)采(cai)集(ji)直(zhi)流(liu)線(xian)路(lu)上(shang)的(de)電(dian)流(liu)，經(jing)采(cai)樣(yang)，將(jiang)所(suo)得(de)的(de)電(dian)流(liu)信(xin)號(hao)進(jin)行(xing)諧(xie)波(bo)分(fen)離(li)算(suan)法(fa)的(de)處(chu)理(li)，得(de)到(dao)諧(xie)波(bo)參(can)考(kao)信(xin)號(hao)，作(zuo)為(wei)的(de)調(tiao)製(zhi)信(xin)號(hao)，與(yu)三(san)角(jiao)波(bo)相(xiang)比(bi)，從(cong)而(er)得(de)到(dao)開(kai)關(guan)信(xin)號(hao)，用(yong)此(ci)開(kai)關(guan)信(xin)號(hao)去(qu)控(kong)製(zhi)單(dan)相(xiang)橋(qiao)，根(gen)據(ju)技(ji)術(shu)的(de)原(yuan)理(li)，將(jiang)上(shang)下(xia)橋(qiao)臂(bi)的(de)開(kai)關(guan)信(xin)號(hao)反(fan)接(jie)，就(jiu)可(ke)得(de)到(dao)與(yu)線(xian)上(shang)諧(xie)波(bo)信(xin)號(hao)大(da)小(xiao)相(xiang)等(deng)、fangxiangxiangfandexiebodianliu，jiangxianshangdexiebodianliudixiaodiao。zheshiqiankuikongzhibufen。zaijiangyouyuanlvboqijierudianhoudexianshangdianliudexiebofenliangfankuihuilai，zuoweitiaojieqideshuru，tiaozhengqiankuikongzhidewucha

產品特點

1.濾波精度高，諧波電流濾除率可達97%以上；

2.濾波範圍廣，濾波次數：2--50次諧波及間諧波；

3.對負載的波動響應快，響應時間為1us；

4.動態注入電流以抑製諧波和補償功率因數；

5.不會與係統發生諧振；

6.可多台組合擴展容量；

7.抑製係統過電壓，改善係統電壓穩定性

8.阻尼電力係統功率振蕩；

9.能抑製電壓閃變、補償三相不平衡、提高功率因數；

10、係統的自我保護和穩定性極強。

技術參數

1.額定工作電壓：380V/220V，50Hz

2.額定諧波補償容量：50A/100A/150A/200A

3.整機功耗：小於容量的3%

4.抑製諧波效果：達到國標要求，穩態THD可降低至5%以下

5.額定絕緣電壓：3000V AC，2500V DC

性能說明

1.動態有源濾波，全麵改善電能質量；

2.DSP全數字控製，20KHz開關頻率，對負載的動態變化迅速響應；

3.諧波補償次數可選擇，最高能濾除50次諧波；

4.薩頓斯有源電力濾波器可選擇同時補償無功；

5.具備三相不平衡補償能力；

6.具有自動限流功能，不會發生過載；

7.效率高，滿載損耗小於2.57；

8.並聯安裝方式，安裝簡單，體積小；

9.降低線路損耗，消除諧波引起的變壓器和電機發熱，實現係統大幅度節能；

10.有源電力濾波器的濾波效果不受係統阻抗變化影響，並能自動抑製係統諧振；

11.按照配電結構，可選擇局部補償、部分補償或總補償，CT可位於電源側或負載側；

12.易於擴展和冗餘設計，可最多10台並聯運行。

展望

有源濾波器的改進，一方麵有賴於元器件及集成技術的進展，一方麵也取決於電路結構和設計的創新。RC有源濾波器雖已能混合集成，但高質量RC有(you)源(yuan)濾(lv)波(bo)器(qi)的(de)完(wan)全(quan)集(ji)成(cheng)仍(reng)沒(mei)解(jie)決(jue)。主(zhu)要(yao)困(kun)難(nan)是(shi)不(bu)能(neng)在(zai)芯(xin)片(pian)上(shang)直(zhi)接(jie)集(ji)成(cheng)高(gao)精(jing)度(du)的(de)電(dian)阻(zu)和(he)電(dian)容(rong)元(yuan)件(jian)，且(qie)大(da)電(dian)阻(zu)和(he)大(da)電(dian)容(rong)所(suo)占(zhan)芯(xin)片(pian)麵(mian)積(ji)太(tai)大(da)。開(kai)關(guan)電(dian)容(rong)濾(lv)波(bo)器(qi)為(wei)解(jie)決(jue)這(zhe)一(yi)課(ke)題(ti)開(kai)辟(pi)了(le)道(dao)路(lu)，實(shi)現(xian)了(le)全(quan)集(ji)成(cheng)化(hua)；但它屬於離散時間模擬濾波器，且有工作頻段低等問題有待改進。一種在集成濾波器中實現精確電阻的方案，是利用MOS管的線性（即非飽和）區特性充任模擬電阻，這是一種受柵極電壓控製的壓控電阻，故可用片外（即該芯片以外）的參考值，諸如晶體時鍾或外部RC元件，配合片內控製電路來精確調整電路的時間常數。這是一種很有發展前景的方案。還有一種用跨導型運算放大器（OTA）和電容C組成的有源濾波器，也是很有希望的全集成方案。