有源滤波与无源滤波的简单对比

1谐波抑制技术分析

目前，谐波治理方式主要有两种：有源滤波方式、无源滤波方式。

1.1谐波治理技术

无源滤波器

采用电力滤波装置就近吸收谐波源所产生的谐波电流，是抑制谐波污染的有效措施。通常采用由电力电容器、电抗器和电阻器适当组合而成的无源滤波装置进行滤波。其工作原理如下图所示：

图4.1 无源滤波器工作原理图

无源滤波器由电容电抗和电阻组成，根据电容电阻固有的阻抗特性，对某一特定频率的谐波呈低阻抗，为负载谐波电流提供较低的阻抗通道，与电网阻抗形成分流的关系，使大部分该频率的谐波流入滤波器，而不流入电网。

无源滤波器具有投资少、效率高、结构简单、运行可靠及维护方便等优点，因此无源滤波器仍然是目前广泛采用的抑制谐波及无功补偿的手段。不过，由于无源滤波器是通过在系统中为谐波提供一条并联的低阻通路，以起到滤波作用，其滤波特性由系统和滤波器的阻抗比所决定，因而存在以下缺点: 1）滤波器一旦制成，性能参数难以变动，滤波特性受系统参数的影响较大。当系统参数改变，则滤波装置有可能失效甚至会引起谐振。因此当电网谐波阻抗降低时，滤波效果将随之降低；当电网参数不变而谐波电流增加时，可能使滤波器过载。另一方面即使电网参数和谐波电流都不变，但由于温度变化，滤波器部件老化和其它因素都会影响滤波器性能而降低效率。此外滤波器的电抗电容值通常也会有容差即偏离其标准值±10%而增加了失谐度，也会降低滤波效率；

2）只能消除特定的几次谐波，而对某些次谐波会产生放大作用。当电网短

路容量大(即电源阻抗小)时，则要求滤波器阻抗还要更小，即要求滤波器是精确调谐(锐调谐)，但由于部件性能的容差和变动使滤波器的设计有很大的困难；

3）谐波电流增大时，滤波器负担随之加重，可能造成滤波器过载；

4）有效材料消耗多，体积大。

无源电力滤波器组成简单，成本也较低。但由于无源电力滤波器容受系统阻抗影响，很难达到预期要求。而且由于无源元件本身的特性，会与电网阻抗一起作用引起谐振，谐振将引起某次谐波放大数倍，这对于供电系统来说是非常危险的。电网阻抗一般较为稳定，但难免会波动，这样不但会影响滤波效果，而且可能引起谐振。另一方面，由于滤波支路表现出电容特性(对于滤波支路，容抗远远大于感抗)，所以在电压作用下，会产生超前的无功电流，这样就存在一个问题，在使用无源电力滤波器同时还会进行无功补偿，如果系统原有的无功含量不大(小于电容可以提供的无功)，那么就会出现无功功率过补，功率因数可能因此下降，而且会提升电网电压，这对某些设备也是不安全的。

?有源滤波器

由于无源滤波器具有以上缺点，随着电力电子技术的不断发展，人们将滤波研究方向逐步转向有源滤波器。与无源滤波器相比，有源电力滤波器具有高度可控性和快速响应性，不仅能补偿各次谐波，还可抑制闪变、补偿无功，有一机多能的特点，其具体特点如下：

滤波特性不受系统阻抗的影响，可消除与系统阻抗发生谐振的危险；

具有自适应功能，可自动跟踪补偿变化着的谐波。

尽管有源电力滤波器有着无源滤波器所不具备的巨大技术优势，但目前要想在电力系统中完全取代无源滤波器还不太现实。这是因为与无源滤

波器相比较，有源电力滤波器的成本较高，这一点是限制其推广使用的

关键。

有源电力滤波器由分为两种：并联型有源电力滤波器及串联型电力滤波器，并联型电力滤波器主要解决谐波电流问题；串联型电力滤波器主要解决谐波电压问题。它们的原理基本相同，并联型有源滤波器检测负载电流，通过相应算法计算出其谐波电流，然后发出与负载谐波电流大小相等、方向相反的电流，与负载谐波电流相互抵消，以达到减小电网侧谐波电流的目的，其工作原理如下图所示：

图4.2有源滤波器工作原理图

通过检测被补偿对象的电流瞬时值，经指令电流运算电路得出谐波补偿电流的指令信号，控制变流器产生所需要的补偿电流。补偿电流与负载电流中要补偿的谐波成份及无功电流相抵消，最终获得期望的电源电流。其补偿谐波的等效电路图如下所示：

图4.3 有源滤波器补偿谐波电流等效电路

从图中可以得到，电网侧的谐波电流可以写为：sh Lh ch I I I =-

只要控制有源电力滤波器的输出电流ch I ，使其满足ch Lh I I = ，即可使电网

侧的谐波电流sh 0I = 。

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