无源滤波对比有源滤波.doc

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1、有源滤波设备与无源滤波设备的区别无源滤波设备无源滤波即利用电感、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等）构成低阻抗旁路。国际上广泛使用的滤波器种类有：各阶次单调谐滤波器、双调谐滤波器、二阶宽频带滤波器与三阶宽频带高通滤波器等（图1）。1）单调谐滤波器：一阶单调谐滤波器的优点是滤波效果好，结构简单；缺点是电能消耗比较大，但随着品质因数的提高而减少，同时又随着谐波次数的减少而增加，像电炉是低次谐波较多的设备，主要是2~7次，因此，基波损耗较大。2）二阶单

2、调谐滤波器当品质因数在50以下时，基波损耗可减少20~50%，属节能型，滤波效果等效。3）三阶单调谐滤波器是损耗最小的滤波器，但组成复杂些，投资也高些，用于非线性系统中，2次滤波器选用三阶滤波器为好，其它次选用二阶单调谐滤波器。4）高通（宽频带）滤波器，一般用于某次及以上次的谐波抑制。当非线性负荷系统中采用时，对5次以上起滤波作用时，通过参数调整，可形成该滤波器回路对5次及以上次谐波的低阻抗通路。图1四种类型的无源滤波支路原理图无源滤波设备除了起滤波作用外，还兼顾无功补偿的需要。实际应用中常用几组单调谐滤波器和一组高通滤波器组成滤波装置。单调谐滤波

3、器是利用串联的L、C谐振原理构成的，只要将滤波器的谐振次数设定为与需要滤除的谐波次数一样，则该次谐波将大部分流入滤波器，从而起到滤除该次谐波的目的。高通滤波器可设置为对次数较高谐波呈现低阻抗，使得这些谐波电流大部分流入高通滤波器（图2a、b）。这种电力系统滤波方式成本相对较低，然而它也有不可避免的缺陷：1、对于功率因数较高的用电设备（PF>0.9），电容组数多会出现无功倒送问题，方案设计较难，一般只能对起主要作用的5、7次谐波采取分流或滤波；2、单调谐滤波器的谐振频率会因电容、电感参数的偏差或变化而改变，电网频率也会有一定波动，这将导致滤波器失谐；

4、电网阻抗变化会对滤波装置尤其是其中的单调谐滤波器的滤波效果有较大影响，更为严重的是，电网阻抗与滤波装置有发生并联谐振的可能，需在设计时充分考虑。1、滤波特性受系统参数的影响较大；2、只能消除待定的几次谐波，对某些次谐波会产生放大作用；3、滤波要求和无功补偿、调压要求有时难以协调；4、谐波电流增大时，可能造成滤波器过载；5、有效材料消耗多，体积大；无法消除中性线谐波。图2a无源滤波原理图图2b无源滤波等效图电网中谐波的抑制传统上是采用无源电力滤波器（PPF：PassivePowerFilter）来实现的。它利用电感、电容元件的谐振特性，在阻抗分流回路

5、中形成低阻抗支路，从而减小流向电网的谐波电流。这种方法既可以补偿谐波，又可补偿无功功率，而且结构简单，成本较低，技术成熟，一直被广泛应用。这种方法的主要缺点如下：(1)滤波性能受系统参数的影响较大。系统的结构、工作状态和电源频率漂移都会导致LC滤波器的滤波特性改变，使其难以获得预期的滤波效果。(2)只能抑制按设计要求规定的谐波成分。单调谐滤波器只能消除特定次数的谐波，高通滤波器只能消除截止频率以上的谐波，有时由于高次谐波成分谐波较多，必须同时加入多个滤波器，使整个滤波装置的成本和体积增加。(3)不能对谐波实现动态补偿。尤其是对于谐波次数经常变化的负

6、载滤波效果不好。(4)可能与电力系统发生串并联谐振。造成电压畸变而产生附加的谐波电流流入滤波器，使该次谐波分量放大，使电网供电质量下降。(5)谐波电流增大时，LC滤波器的负担随之加重，可能会引起滤波器的过载，电网中的某次谐波电压可能在LC网络中产生很大的谐波电流。(6)滤波要求和无功补偿、调压要求有时难以协调，功能相对来说比较少，有效材料消耗多，体积比较大。有源滤波设备有源电力滤波器（图3），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

7、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。图3有源滤波原理图有源滤波装置按拓扑结构分类，可分为并联型（图4）、串联型（图5）、串-并联型（图6）和混合型（图7）。图4并联型有源滤波器此电路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

8、并联型有源滤波器在技术上已经成熟，它也是当前应用最为广泛的一种有源滤波器拓扑结构。图5串联型有源滤波器此电路通过一个匹配变