滤波技术——如何区分有源滤波和无源滤波

返回列表来源：领步电能质量发布时间：2017-05-16分享加入收藏关注：-

           谐波治理就像环境污染治理一样。举例说明，化工企业大量产生有害化工物质，不经治理排放到河道，使河道中水严重污染。该化工企业无奈又要使用河道中的水，但是不经处理，河道中的水是无法使用的。这是客观存在的恶性循环。
          先进电子设备，诸如电力电子变频、可控硅整流设备、数字通讯设备、电气铁路设备、各类UPS、大功率半导体开关器件、开关电源等，还有电熔炼设备、电化学设备、矿井起重设备、电气机车等都属于非线性电源负荷。这些设备使得谐波电流不断注入电网，电力系统波形严重畸变。用电企业无奈用被污染的电源。这也是恶性循环!于是出现了自己污染必须自己治理的各项政策。
           一、有哪些治理电网谐波的政策?
           治理电网谐波是国家的一项既定政策。开发这方面的产品，既是当务之急，也是企业发展的一条重要途径。这是既可利国又可为企业创利的双赢政策。
           1、为了确保提供合格的电能质量，国家及有关主管部门相继颁发了一系列标准、条例和规定，以保证电网和用电设备免受谐波的危害。
           2、公用电网的电能质量标准：
           电网是统一的整体,所有并网的发、送、供电设备和用电设备都必须接受电网谐波技术监督管理。执行公用电网谐波国家标准的目的是把公用电网中的谐波量控制在允许范围内，保证供电电能质量，防止谐波对电网和用户的各种电气设备和用电器具造成危害，保持安全经济运行。公用电网的谐波应象治理环境污染一样重视公用电网谐波污染的治理。谐波治理要依法进行，这个“法”就是《中华人民共和国电力法》和《电能质量-公用电网谐波》国家标准，任何单位和部门都必须认真贯彻执行。然而在公用电网谐波方面国内国际只针对高次谐波有相应的标准，Z高也只是21次谐波，而高频高次谐波这一块还没有相应的标准。

          （1）GB／T 14549-1993《电能质量、公用电网谐波》中公用电网谐波电压(相电压)限值见表1

         （2）GB／T 14549-1993《电能质量、公用电网谐波》中注入公共连接点的谐波电流允许值见表2。

        二、谐波的危害
        谐波增加了输配电系统和用电设备的附加损耗——铁损(包括磁滞损耗和涡流损耗)和铜损，使设备过热，降低设备的效率和利用率。由于谐波电流的频率为基波频率的整数倍，高频电流流过导体时，因集肤效应的作用，导致导体对谐波电流的有效电抗增加，从而增加了设备的功率损耗、电能损耗，使导体的发热严重。具体说来，以上现象存在于以下环节：负载电机、变压器、输电线路、电力电子设备、电力电容器(包括补偿电容)。
        三、谐波的治理
        治理谐波问题，抑制辐射干扰和供电系统干扰，可采取屏蔽，隔离，接地及滤波等技术手段。滤波装置又分无源滤波装置或有源滤波装置

             四、无源滤波和有源滤波

        滤波是将信号中特定波段频率滤除的操作，是抑制和防止干扰的一项重要措施。谐波治理首先要控制好谐波产生的源头，其次我们还要通过增加滤波装置进行谐波的消除。如何正确选择有效的谐波质量方案非常关键。消除谐波的设备要求频谱范围广、能力要大、响应时间要快而且使用方便、可靠、寿命长等。
       1、无源滤波装置

            无源滤波装置出现Z早，因其结构简单、投资少、运行可靠性较高以及运行费用较低，至今仍是谐波抑制的主要手段。LC滤波装置是由滤波电容器、电抗器和电阻器适当组合而成，它包括三种基本形式：串联滤波、并联滤波和低通滤波(串并混合)。其中串联滤波主要适用于三次谐波的治理;低通滤波主要适用于高次谐波的治理;并联滤波是与谐波源并联，除具有滤波作用外，还有无功补偿的作用。

图1    无源滤波原理图

           这种方法的主要缺点是补偿特性受电网阻抗和运行状态影响，无源滤波装置不能受控，它只能补偿固定频率的谐波。如果过滤不同的谐波频率，则要分别用不同的滤波装置。随着时间的推移，配件老化或电网负载的变动，谐振频率会发生改变，滤波效果下降，易和系统发生并联谐振，导致谐波放大，使LC滤波装置过载甚至烧毁。目前，无源滤波装置还是实际应用Z多、效果较好、价格较低的治理谐波的较好方案。

       2、有源滤波器APF
       有源滤波器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，这种滤波装置能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，且补偿特性不受电网阻抗的影响。
       有源滤波装置根据动态补偿谐波的原理，运用电力电子技术和计算机技术，快速跟踪谐波源产生的谐波频率、相位和幅值，由装置向电网注入与原有谐波电流幅值相等、相位相同、方向相反的电流，使流入电源的总谐波电流为零，其特性不受系统的影响，无谐波放大的危险，能同时滤除2至25次谐波，因而倍受关注。

           有源电力滤波装置系统主要由指令电流检测电路和补偿电流发生电路这两大部分组成。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，然后将其反极性变化后发出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，电力有源滤波装置还能对不对称三相电路的负序电流分量进行补偿。

图2    有源滤波原理图

        有源滤波器获得比无源滤波装置更好的治理效果，已逐渐成为谐波治理的重要技术手段和今后谐波治理领域的发展方向。有源滤波装置具有同时消除多次谐波(2-25次)电流的能力，能实时、自动跟踪控制，既能有效消除谐波，又能动态补偿无功，改善三相不平衡度。而且不受系统运行方式影响，不会产生谐波谐振，对电力系统适应能力强。

           3、无源滤波和有源滤波的对比

        （1）工作原理
            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。
        （2）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。
        （3）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。
       （4）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。
        （5）设备造价
          无源滤波器较低；有源滤波器比较高。

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