有源电力滤波器 结构·原理·控制(姜齐荣,赵东元,陈建业编著)思维导图
LCL有源滤波主电路设计研究
LCL有源滤波主电路设计研究作者：史成方来源：《教育改革与实践》2013年第09期摘要：随着开关器件在变流器中的大量应用，对电网造成了很大的谐波污染，为了减少污染，为了加快谐波的衰减，就在变流器和电网之间利用LCL滤波器来减小谐波产生的危害。
本文分析建立了有源滤波电路的数学模型，提出了LCL滤波电路滤波，并指出了它比传统滤波的优点，分别对电路中的电感电容进行了详细的参数设置。
关键词：滤波器，有源电力滤波（APF），谐波污染1.1 传统滤波器的简介传统滤波器电路结构主要有三种[2]，分别为：四桥臂形式、电容中点形式以及三个单相全桥形式。
其中电容中点式结构的电路是很简单的，由于采用的开关个数比较少，相对来说利用率就比较高，但是电路的特殊结构限制了它在较大的功率系统中的应用。
相对来说，三相有源滤波需要的开关最多，电路可以根据实际的需要进行有效的组合，但在实际应用的时候，输入直流端侧就会产生大量谐波，电压波动较大。
三个相互独立的单相APF组成的三相有源电力滤波器的系统主要应用于小功率系统。
1.2 有源电力滤波电路结构为了尽量克服传统滤波器的缺点，降低电流的谐波，我们设计电路的时候在逆变器的交流侧接入LCL滤波器，它跟独立的电感滤波相比，在抑制谐波的时候不需要太高的电感值，同时在开关频率很高的场合抑制谐波的性能也会变得更强，LCL滤波器无论是在经济上还是性能上都比电感滤波器强。
在频率不高的光伏发电系统中，有着更多的优点。
1.2.1 LCL滤波电路结构我们设计的电感电容电感型滤波器，它的主电路结构如图1所示，在星型连接的电容之间是两个不同的电感L和L1。
逆变器是由全控器件组成的三相桥式逆变结构，L1起着能量传递和滤波的作用，电感L和电容Cf仅仅起着滤波的作用。
为了方便研究，我们选取三相电路中的一相进行分析，由基尔霍夫定律可以得出下列方程：（l）1.2.2 数学模型R与R1为电路中的等效的电阻抗。
建立单相数学模型如图2所示：R与R1代表电感的等效电阻，在计算的时候其阻值一般不在我们考虑的范围内，由此可以得出输入输出的函数关系式：（2）如果是纯电感滤波器函数表达式为：（3）我们对比两式可以看出，在两种滤波器下，如果频率ω0取值比较小的时候，G1（s）、G2（s）的值是基本无差别的。
有源电力滤波器的基本原理
有源电力滤波器基本原理及设备目录一．APF 的系统构成 (4)二．APF 特性 (6)三.APF的组成和功能 (10)四．技术参数及规格型号 (18)五．经典案例 (21)六、谐波无功节能 (26)七、谐波无功治理设备的选择 (29)有源电力滤波器是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置，它能对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿，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。
有源电力滤波器的基本原理如下图所示：检测补偿对象的电压和电流，经指令电流运算电路计算得出补偿电流的指令信号，该信号经补偿电流发生电路放大，得出补偿电流，补偿电流与负载电流中要补偿的谐波及无功等电流抵消，最终得到期望的电源电流。
有源电力滤波器基本原理一．APF 的系统构成下图为APF的系统框图。
图中，e S表示交流电源，负载为谐波源，它产生谐波并消耗无功。
有源电力滤波器系统由两大部分组成，即指令电流运算电路和补偿电流发生电路。
其中指令电流运算电路的核心是检测出补偿对象电流中的谐波和无功等电流分量。
补偿电流发生电路的作用是根据指令电流运算电路得出的补偿电流的指令信号，产生实际的补偿电流，它由电流跟踪控制电路、驱动电路和主电路三个部分构成。
主电路目前均采用PWM变流器。
APF 系统框图下图为APF的系统原理图。
图中e a、e b、e c 为交流电源，谐波电流源为非线性负载，L sa、L sb、L sc 分别代表三相的电网阻抗。
而有源电力滤波器主要由以下几部分组成，指令运算电路，电流跟踪控制电路，驱动电路以及主电路。
其中指令运算电路的主要任务是按照要求检测出负载电流中的谐波、无功以及负序分量。
电流跟踪控制电路，驱动电路以及主电路和在一起可以称为补偿电流发生电路，它的主要作用是根据指令运算电路得出的补偿指令，产生实际的补偿电流。
主电路主要由IGBT 构成的电压型PWM变流器，以及与其相连的电感和直流侧电容组成。
有源电力滤波器
有源电力滤波器(APF)引言谐波电流和谐波电压的岀现，对于电力系统运行是一种“污染”，它们降低了系统电压正弦波形的质量，不但严重地影响电力系统自身，而且还危及用户和周I期的通信系统。
近半个世纪以来，随着电力电子设备的推广应用，非线性负荷的迅速增加(例如电气机车、工业电炉等的应用)，特别是髙压宜流输电的运用，谐波污染问题日趋严重，并因此受到人们普遍的关注和重视。
减小谐波影响的技术措施可以从两方而入手：一是从谐波源出发，减少谐波的产生：二是安装滤波装置。
常见的滤波器包括无源滤波器、有源滤波器以及混合滤波器。
无源滤波器(PFiPassive Filter)也称为LC滤波器，是由滤波电容器、电抗器和电阻器适当组合而成的滤波装垃。
无源滤波器的工业应用已经有相当长的历史，英设计方法稳左可靠、结构简单，但英滤波效果依赖于系统阻抗特性，并容易受温度漂移、网络上谐波污染程度、滤波电容老化及非线性负荷的影响。
此外，无源滤波器仅能对特左的谐波进行有效地衰减, 而出于经济和占地而积方而的考虑，滤波器个数均是有限的，所以对谐波含量丰富的场合，无源滤波器的滤波效果往往不够理想。
与无源滤波器对应的是有源滤波器(APF:Activc Power Filter)o有源电力滤波器采用开关变换器消除谐波电流，克服了无源滤波器的缺点。
有源电力滤波器有着无源滤波器无可比拟的技术优势，因此越来越受到人们的关注。
1.有源滤波器的发展历史有源滤波器的思想最早出现于1969年B.M.Bird和J.F.Marsh的论文中。
文中描述了通过向交流电源注入三次谐波电流以减少电源中的谐波，改善电源电流波形的新方法。
文中所述的方法认为是有源滤波器思想的诞生。
1971年日本的H.Sasaki和T.Machida完整描述了有源电力滤波器的基本原理。
1976年美国西屋电气公司的L.Gyugyi和E.C.Strycula提出了采用脉冲宽度调制控制的有源电力滤波器，确左了主电路的基本拓扑结构和控制方法，从原理上阐明了有源电力滤波器是一理想的谐波电流发生器，并讨论了实现方法和相应的控制原理，奠左了有源电力滤波器的基础。
有源电力滤波器的基本原理
有源电力滤波器根本原理及设备目录一．APF 的系统构成2二．APF 特性3三.APF的组成和功能3四．技术参数及规格型号5五．经典案例8六、谐波无功节能8七、谐波无功治理设备的选择10有源电力滤波器是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置，它能对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进展补偿，其应用可克制LC滤波器等传统的谐波抑制和无功补偿方法的缺点。
有源电力滤波器的根本原理如下列图所示：检测补偿对象的电压和电流，经指令电流运算电路计算得出补偿电流的指令信号，该信号经补偿电流发生电路放大，得出补偿电流，补偿电流与负载电流中要补偿的谐涉及无功等电流抵消，最终得到期望的电源电流。
有源电力滤波器根本原理一．APF 的系统构成下列图为APF的系统框图。
图中，e S表示交流电源，负载为谐波源，它产生谐波并消耗无功。
有源电力滤波器系统由两大局部组成，即指令电流运算电路和补偿电流发生电路。
其中指令电流运算电路的核心是检测出补偿对象电流中的谐波和无功等电流分量。
补偿电流发生电路的作用是根据指令电流运算电路得出的补偿电流的指令信号，产生实际的补偿电流，它由电流跟踪控制电路、驱动电路和主电路三个局部构成。
主电路目前均采用PWM变流器。
APF 系统框图下列图为APF的系统原理图。
图中e a、e b、e c 为交流电源，谐波电流源为非线性负载，L sa、L sb、L sc 分别代表三相的电网阻抗。
而有源电力滤波器主要由以下几局部组成，指令运算电路，电流跟踪控制电路，驱动电路以及主电路。
其中指令运算电路的主要任务是按照要求检测出负载电流中的谐波、无功以及负序分量。
电流跟踪控制电路，驱动电路以及主电路和在一起可以称为补偿电流发生电路，它的主要作用是根据指令运算电路得出的补偿指令，产生实际的补偿电流。
主电路主要由IGBT 构成的电压型PWM变流器，以及与其相连的电感和直流侧电容组成。
APF 系统原理图二．APF 特性有源电力滤波器不仅可滤除谐波电流，还可补偿系统无功、三相不平衡的治理等。
有源电力滤波器综述
0引言近数十年以来很多国家都制定了限制谐波的规定和国家标准，电力谐波问题受到越来越多的关注，本着“谁污染，谁治理”的原则，随着中国绿色能源运动的不断深入，低压侧的谐波治理，必将提到日程上来。
而有源电力滤波器是一种用于动态抑制谐波和补偿无功的电力电子装置，被公认为是治理“电网污染”的有效手段，APF 有源滤波器作为一种主动型的谐波补偿装置，能动态跟踪补偿随机的谐波电流，克服传统LC 无源滤波装置的不足，具有高度的可控性和快速响应性，应用前景广阔［1－2］。
1有源滤波器的研究现状1971年日本的Machida 首先提出了有源滤波器的原始模型，同年，H.Sasaki 等就首次完整地描述了有源电力滤波器的基本原理［3］，但由于当时是采用线性放大的方法产生补偿电流，其损耗大，成本高，因而仅在实验室研究，未能在工业中使用。
1976年，美国的Strycula 提出了用PWM 逆变器结构构成有源滤波器，确立了当今滤波器的基本结构，同年，L.Gyugyi 等人提出了用大功率晶体管PWM 逆变器构成的有源电力滤波器，并正式确立了有源滤波的概念，提出了有源滤波器主电路的基本拓扑结构和控制方法。
1982年，第1台采用GTO 作为开关元件的电流源PWM 逆变器构成的有源滤波器（800kVA）在日本研制成功并投入使用。
1983年，日本长冈科技大学的Akagi 等人基于pq 分解理论，提出了三相电路瞬时无功功率理论，为解决三相电力系统畸变电流的瞬时检测提供了理论依据。
表明实现有源滤波器补偿功能的条件已经具备，使有源电力补偿技术实用化研究得到了极大发展，与此同时，大功率晶体管（GTR）、大功率可关断晶闸管（GTO ）、静电感应晶闸管（SITH ）、静电感应晶体管（SIH ）、功率场效应管（MOSFET ）、场控晶闸管（MCT ）及绝缘栅型双极性晶体管（IGBT ）等新型快速大容量功率开关器件相继问世；PWM 调制技术、微机控制技术，以及数字信号处理技术都取得了长足的进步。
有源电力滤波器课件
与有源电力滤波器并联的小容量一阶高通滤波器
（或者二阶），用于滤除APF所生的补偿电流中开关 频率附近的谐 波。
其补偿电流基本上由APF提供，这是有源电力滤 波器中最基本的形式，也是目前应用最多的一种。
图6.3 单独使用的并联型
这种补偿方式可用于：
有源电力滤波器
(1) 只补偿谐波；
(2) 只补偿无功功率，补偿的多少可以根据需要连续调节；
第六章有源电力滤波器
式(6-2)可表示为：
式(6-4)中k为频率系数，如k=0对应直流分量变换项，k=3对应三次 谐波变换项。由此，可以根据对特定次谐波进行补偿的要求，只作相应次 数的傅利叶变换。
此外，根据正余弦项初始相位的不同，还可得到基波无功和基波有功 分量。如，当采样与输入正弦信号同步时，则基波余弦的傅利叶反变换项 就对应于无功补偿电流。若要补偿谐波和无功，可用负载电流信号减去基 波有功分量得到补偿电流指令。
第六章有源电力滤波器
式中， ——神经元的阈值； ——神经元的输入，它由参考输入和其当前时刻以前的值组成
； ——迭代次数。
检测电路的输出为：
和 的调节采用Delta算法来进行。调节公式为：
式中， ——学习率
第六章有源电力滤波器
将上两式两端同除以输入信号的采样周期T，可得：
若T取得足够小，可将离散变量看成连续变量，则可分别变换为 ： 积分得：
指令电流运算电路的作用是根据APF的补偿目的得出补偿电流的指令信号，即
期望由APF产生的补偿电流信号。
具体而言，补偿目的大体上可分为以下几种：
(1) 只补偿谐波；
(2) 只补偿无功功率；
(3) 同时补偿谐波和无功功率；
以作为负载的三相桥式全控整流器的触发延迟角
有源滤波器工作原理
有源滤波器工作原理有源滤波器是一种电子滤波器，它使用有源元件（如放大器）来增强和调节滤波器的性能。
有源滤波器可以用于信号处理、音频放大和频率选择等应用中。
本文将详细介绍有源滤波器的工作原理。
1. 滤波器的基本原理滤波器是一种电路，用于选择特定频率范围内的信号，而抑制其他频率范围的信号。
滤波器通常由电容器、电感器和电阻器等被动元件构成。
被动滤波器的性能受限于元件的品质因素，如电容器的损耗和电感器的串扰等。
有源滤波器通过引入放大器来解决这些问题，提高滤波器的性能。
2. 有源滤波器的基本结构有源滤波器通常由放大器和被动滤波器组成。
放大器可以是运算放大器、差分放大器或者其他类型的放大器。
被动滤波器可以是低通、高通、带通或者带阻滤波器。
放大器的作用是增强输入信号的幅度，并提供所需的增益和频率响应。
3. 低通滤波器工作原理低通滤波器用于通过低于截止频率的信号，并抑制高于截止频率的信号。
有源低通滤波器的基本工作原理如下：- 输入信号经过电容耦合，进入放大器的非反相输入端。
- 放大器的输出信号通过电容耦合，反馈到放大器的反相输入端。
- 通过调整反馈电阻和电容的数值，可以改变滤波器的截止频率和增益。
- 输出信号从放大器的输出端获取。
4. 高通滤波器工作原理高通滤波器用于通过高于截止频率的信号，并抑制低于截止频率的信号。
有源高通滤波器的基本工作原理如下：- 输入信号经过电容耦合，进入放大器的非反相输入端。
- 放大器的输出信号通过电容耦合，反馈到放大器的反相输入端。
- 通过调整反馈电阻和电容的数值，可以改变滤波器的截止频率和增益。
- 输出信号从放大器的输出端获取。
5. 带通滤波器工作原理带通滤波器用于通过位于两个截止频率之间的信号，并抑制低于和高于这两个频率的信号。
有源带通滤波器的基本工作原理如下：- 输入信号经过电容耦合，进入放大器的非反相输入端。
- 放大器的输出信号经过带通滤波器，该滤波器由电容和电感构成。
- 过滤后的信号通过电容耦合，反馈到放大器的反相输入端。
有源滤波器.ppt
APF的发展
20世纪80年代末至今，APF一直是电力电子 技术领域的研究热点之一，关于APF的论文在 国际刊物和学术会议上不断发表，这些论文从 APF的主电路结构、谐波电流检测、电流跟踪 控制等方面进行研究和改进。为适应不同的补 偿对象和实现补偿的多功能化，先后提出了并 联型结构、串联型结构和混合型结构等。
串并联型有源滤波器
这种有源滤波器的主要缺点是控制复杂，造价较高
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混合型APF
混合型有源滤波器是在串 联型有源滤波器的基础上 使用一些大容量的无源L－ C滤波网络来承担消除低次 谐波，进行无功补偿。
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串联型APF
通过一个匹配变压器将有 源滤波器串联于电源和负 载之间，消除电压谐波， 平衡或调整负荷的端电压。
串联型有源滤波器
与并联型相比，串联型有源滤波器损耗较大，各种 保护电路也较复杂
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串并联型APF
组合了串联、并联型 有源滤波器的优点， 能解决大部分电能质 量问题，又称为统一 电能质量调节器 （UPQC）
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APF的发展
APF 在 国 外 已 经 进 入 工 业 实 用 化 阶 段 。 世界上APF的主要生产厂家有日本三菱电 机公司、美国西屋电气公司、德国西门子 公司等。
APF 技 术 在 日 本 已 经 成 熟 ， 已 有 1000 多 台投入市场，容量越来越大，已经发展到 MV·A等级，功能也越来越丰富，除补偿 谐波外，还补偿基波无功、平衡三相电压， 抑制电压波动和闪变等功能
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APF的基本结构和原理
按照联结方式确定APF的种类 1.并联型APF 2.串联型APF 3.串并联型APF 4.混合型APF 按照储能元件确定APF的种类 电压型APF（储能元件为电容） 电流型APF（储能元件为电感）