有源滤波器的原理

有源滤波器

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。如图所示为有源滤波结构图。

有源滤波器原理图

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。

下图是最基本的APF系统结构原理图，非线性负载为谐波源，其中下面部分是APF。

有系统结构图可以看出，APF系统包含两大部分，即指令电流运算电路和补偿电流发生电路。目前主电路的拓扑结构均采用的PWM变流器。图示的APF的基本工作原理是：检测补偿对象的电压电流，经过指令电流运算环节计算得出补偿电流的指令信号，驱动控制回流根据指令信号产生PWM脉冲作用于变流器的开关器件，使其产生与谐波和无功电流大小相同、方向相反的补偿电流，使电网电流波形趋于正弦波，达到补偿的目的。

有源滤波器的作用

有源滤波器的主要作用是缓冲基波和谐波的能量，并按一定规律输入输出电压或电流，因此有源滤波器的主电路有四象限变流器其储能环节组成。按照有源电力滤波器的主电路形式分类，根据其直流侧储能元件的不同可分为电压型和电流型，如图所示。

电压型变流器的储能环节采用电容器，直流侧电压经过闭环控制保持基本不变，可等效为一个可控电压源。它的控制方法是根据要求控制输出电压，使之与电源电压在输出端电抗器相减而得到所需要的补偿电流。电压型变流器具有电路结构简单、对半导体器件要求不高、能量损耗小、控制易于实现等优点。但它存在一个严重的缺点：由于直流侧为电容，一旦发生某个桥臂短路，就会造成直流贯通短路，所以电压型变流器可靠性相对较低，必须在软硬件上采取保护措施，即同一桥臂的上、下元件必需保持互锁关系，并有死区封锁时间。

电流型有源滤波器的变流器的储能环节是电感元件，经闭环控制保持直流侧电流基本不变，可等效为一个可控的电流源。它是将直流电流调制成一个脉冲列，再通过交流输出端上的交流滤波器解调成所要求的电流。其直流侧电流应与最：大补偿电流相匹配。由于电流型变流器直流侧的储能元件是电感，故在装置发生贯穿短路等故障时，有限制故障电流急剧增加的作用。