有源电力滤波器的发展历史和研究现状概述
有源滤波技术现状及其发展
有源滤波技术现状及其发展【摘要】集成电路发展至今，滤波器已经成为系统中不可或缺、很常用的一个单元。
本文首先对滤波器作一简单概述。
然后，着重对滤波器的一个分支模拟滤波器中的有源滤波器进行介绍。
特别是对有源滤波技术现状及其发展重点介绍。
Active filtering technology and its development[Abstract]IC development so far, the filter has become an integral part of the system used a single unit. Firstly, for a brief overview of the filter. Then, on the active filter in the filter is a branch of the analog filters are introduced. In particular, the introduction of active filtering technology and its development priorities.一、概述1.1 滤波器的产生和发展滤波器是一种专用的选频网络，由于真实的世界中有各种各样需要或者不需要的信息，所以它可以以某种规定的方式将输入信号根据需要变换成系统要求的输出信号，让某些频率成分的信号通过而使其它频率成分的信号受到阻塞或者衰减。
它是一种应用非常广泛的信号处理系统，在通信、航天、自动控制、传感器等领域起着重要的作用。
事实上，任何电子系统，从简单的放大器到复杂的数字信号处理(D树tal SignalProcessing)系统都需要滤波器。
由于在实际生活中，所有的模拟系统，都不可避免的要与噪声与外界干扰打交道，这样，滤波器就常被用来消除不必要的噪声以及抑制外界对自身系统的干扰等。
从20世纪20年代到20世纪60年代，滤波器的设计主要是由无源器件，如电阻、电容和电感组成。
有源电力滤波器的发展与应用
有源电力滤波器的发展与应用摘要：介绍有源电力滤波器在国外近年来的一些发展情况，介绍有源电力滤波器目前的主要研究问题、分类及其应用情况。
关键词：谐波有源电力滤波器Development and Application of APFAbstract：The information about active power filter is introduced in this paper. The main researchproblems, classify and application of active power filter in overseas are introduced. Keywords：Harmonics Active power filter1引言电力电子装置和非线性负载的普遍使用，使谐波电流和无功电流大量注入电网，严重威胁电网和电气设备的安全运行与正常使用，对谐波无功进行滤波和补偿已成为电力电子技术、电力系统、电气自动化、理论电工等领域中的重要研究课题。
使用无源滤波装置来解决无功和谐波问题存在许多缺点。
如无源滤波器的设计大多针对特定频率的谐波，只能滤除特定次谐波，存在着与电网发生谐振的可能性；并且对电网阻抗和频率变化十分敏感；体积大、损耗大等等。
为解决这一问题，人们做了许多研究与探讨，其中具有代表意义的是有源电力滤波器[1]。
从目前国外的使用情况来看，利用有源电力滤波器进行谐波和无功补偿是今后的一个发展趋势。
有源电力滤波器是一种动态抑制谐波和补偿无功的电力电子装置，它能对频率和大小都变化的谐波和无功进行补偿，可以弥补无源滤波器的缺点，获得比无源滤波器更好的补偿特性，是一种理想的补偿谐波装置[2]。
早在70年代，有源电力滤波器的基本原理和主电路拓扑结构就已被确定[3]，但由于受当时的技术条件限制，未能使有源电力滤波器得以实施。
进入80年代后，新型电力电子器件的出现、PWM控制技术的发展以及瞬时无功功率理论的提出，极大地促进了有源电力滤波器技术的发展。
有源电力滤波器的发展趋势
有源电力滤波器的发展趋势传统无源滤波器为T治理电网中的谐波，目前工业应用而言，无源电力滤波器(Passive Power Filter, PPF)以其投资少，效率高，结构简单，运行可靠，维护方便等优点而在众多领域得到了广泛使用。
但其也有诸多的缺点:滤波特性易受电力系统参数的影响，特别是在高压系统中，滤波器失谐状态下，难以满足治理要求;易与系统发生谐振，导致谐波放大，引起无源滤波器过载，甚至烧毁，危及电网安全;单独的无源电力滤波器难以避免无功倒送.此外无源滤波器中的电感、电容消耗大量有效材料，体积大，占地多。
有源电力滤波器由于传统无源滤波器存在固有缺陷，有源电力滤波器(Active Power Filter, APF )的概念于1971年由H. Sasaki和T. Machida提出[Wl，通过向电网注入反方向谐波电流来减少电源电流中的谐波成分，从而改善电源电流波形的新方法. 1976年，LGyugyi和ECStyaula 提出了用PWM逆变器构成的有源电力滤波器[[12]s 1983年，赤木泰文等人提出的“三相电路瞬时无功功率理论”[13〕极大的推动了有源电力滤器的发展.90年代后，并伴随着新型电力半导体器件的出现，脉宽调制技术及高速数字信号处理器的发展，日本、美国、德国等工业发达国家有源电力滤波器已得到了高度重视和日益广泛的应用.目前许多国际著名公司均开发了相关APF产品，如ABB, TOSHIBA, SIEMENS等，其中较多的单台容量为数百千瓦的并联APF.我国在有源电力滤波器方面的研究起步较晚，直到1989年才见到这方面研究的文章，1993年才见到试验性的工业应用实验.21世纪初，研究单位主要集中在一些高等院校和少数研究机构，并取得了一定的科研成果[ia-is].近年来伴随着我国经济高速发展，谐波治理需求越来越迫切。
国内部分厂商已经能开发出商用的APF产品:如西安赛博，北京开元，上海追日，深圳盛弘，鞍山荣信等，并应用于实际工业现场，取得了良好的经济效益。
有源电力滤波器综述
负载 电流不平衡 或三相 电源 电压不对称 时 ，尤其 在 三相 四线制 系统或 不 需要 三相 桥逆 变 器 的系统 中， 可 以采用 三套单 相逆变器 电路 结构进行 补偿 。 ２ １２ 中等 功率等 级应 用 ．．
２ １１ 低功率等级应用 ．． 功 率低 于 １０ Ｖ 的系 统 属 于 低 功 率 等 级 应 ０ｋ Ａ
用 ，使用 范 围 主要 包 括 民用住 宅 、商 业 大 楼 、医
院 、小规 模 到 中 等 规 模 的工 业 负 载 和 驱 动 系 统 。
这 些 系统 通 常采用 技 术 比较 复 杂 的动 态 有 源 滤 波
收稿 日期 ：２ １ ０ ０—０ ６—１ ５
功 率从 １０ Ｖ ０ ｋ Ａ到 １ＭＶ 的三相 系统 属 于 中 ０ Ａ
低 功 率等 级 应用 （ 于ｌ ｋ＾ 小 ￣ Ｖ）
需要平 衡三相 负荷 的电流或 电压 ，只需 对谐波 电流
进行 补偿 ，可以采用三相逆 变器 电路结 构 。当三 相
一 １补 Ｉ 撩 相嚣 ｌ罐ｉ ｌ ｛ ｌ 偿 单 ｌ 一 ｌ 黧 一
图 １ Ａ Ｆ根 据 功 率 等 级 和 响应 速 度 的分 类 图 Ｐ
为 了实 现相 应 的 补 偿 功能 ，补 偿 系 统 的 功 率
等级和响应速度决定了 Ａ Ｆ的控制策略。功率等 Ｐ 级 与 响应 速 度 之 间 有 着 密 切 的 相 互 联 系 。通 常 ， 响应速 度越 快系统 花 费 的成场 合 ，根 据三 相 负载 ） 是否平 衡而采 用不 同的有 源 电力滤 波 器 电路结 构 。 当功率 等 级 相 对 较 低 时 ，如 ：１０ Ｖ ０ ｋ Ａ，可 以使 用 三套单 相系统进 行补偿 ，也可以使用一 套三相 系统 进行 补偿 。当三 相负荷平衡 时 ，有源 电力滤波器 不
有源电力滤波器的研究热点和发展
有源电力滤波器的研究热点和发展2008/3/4/10:33 来源：变频器世界作者：夏向阳廖晓科1、引言近年来，随着电力电子技术的广泛应用，电能得到了更加充分的利用。
但电力电子装置自身所具有的非线性也使得电网的电压和电流发生畸变，这些高度非线性设备数量和额定容量的日益增大使得电力系统谐波污染问题日益严重，已成为了影响电能质量的公害，对电力系统的安全、经济运行造成极大的影响；而另一方面供电方及其电力系统设备、用户及其用电器对电能质量的要求越来越高，这一矛盾使得人们对谐波污染问题越来越重视。
据《中国电力》报道，我国仅由电能质量问题造成的年电能损失就高达400多亿元，冶金、铁路、矿山等企业的谐波严重超标，因谐波问题导致的开关跳闸、大面积停电甚至电力系统解列等事故也屡见不鲜，因此对电力系统的谐波污染进行综合治理已成为摆在科技工作者面前的一个具有重要现实意义的研究课题。
而有源电力滤波器由于具有高度可控性和快速响应性，能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，因而受到广泛的重视，成为目前国内外供电系统谐波抑制研究的热点。
2、谐波治理的措施目前，在电力系统中抑制或减少谐波主要从两个方面进行：第一方面是从产生谐波的谐波源装置本身入手。
在这些装置设计时就考虑减小谐波的方法，增加谐波抑制环节，已减少电网的谐波注入量，在谐波源本身采取一些措施能大大减小电网谐波。
但由于现代电力系统的复杂性以及电力半导体装置开关工作方式，不可能完全消除电网谐波。
所以，谐波治理的第二个重要方面就是研究对系统中的谐波进行有效滤波和补偿的方法和措施。
下面分别简要介绍这两方面工作的现状和发展。
2.1治理谐波源近年来，随着几种电力电子装置的大量应用，可控和不可控整流器在电力系统中的应用越来越普遍。
这类型整流器在带大电感(rl)负载时电流近似为方波。
带大电容(rc)负载时电流为尖脉冲，使电力系统中的电流严重畸变，成为目前电力系统中主要谐波源，也是目前治理的重点。
有源滤波器
谐波电流的检测方法
基于Fryze的有功电流检测法： 根据传统功率定义来构造检测方法。这种方法积分一 个周期才能得出检测结果。80年代以来，Czarnecki 等人对非正弦情况下的电流进行了新的分解。这些电 流的定义虽然严格，但是据此构造的检测算法，仍然 需要积分一个周波才能得出检测结果，同样存在实时 性不好的缺点。
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单独使用方式 并联型 并联混合型 注入回路方式 统一电能质量调节器 串联型
与LC串联 与LC并联
并联型APF
与系统并联，可等效为 一受控电流源。
并联型有源滤波器
适用于电流源型非线性 负载的谐波电流抵消、 无功补偿及平衡三相系 统中的不平衡电流等
在技术上较为成熟，是一种应用比较广泛的有源滤 波拓扑结构
有源电力滤波器的 技术现状和发展
华北电力大学 石新春教授
1
APF的发展
有源电力滤波器（Active Power Filter）APF是一种 新型的电力电子装置，其基本思想是从补偿对象中 检测出谐波电流等分量，由补偿装置产生一个与该 分量大小相等而极性相反的补偿电流分量，抵消谐 波电流分量从而使流入电网的电流只含有基波分量。 它具有动态相应快、补偿功能多样且补偿特性不 受电网阻抗影响的特点，克服了传统LC滤波器和无 功补偿方法的缺点，是谐波抑制的一个重要发展方 向。
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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
1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）
电流型有源滤波器
电流型逆变器的最大缺点是不能用在多电平场合，无 法提高大容量时逆变器的性能。
电力滤波器的研究现状概述
第25卷第5期河北工业科技Vol.25,No.52008年9月Hebei Journal of Industrial Science and TechnologySept.2008 文章编号:100821534(2008)0520321205电力滤波器的研究现状概述郭 玲1,程汶罡2(1.天津大学电气与自动化学院,天津 300072;2.天津工业大学后勤集团,天津 300382)摘 要:谐波对电网和其他系统的危害越来越大。
解决谐波问题的一种有效方法就是使用滤波装置,无源滤波器因其功率大、成本低等优势在大功率用电系统中得到了广泛的应用;有源电力滤波器(A PF )由于有很好的滤波特性及动态特性好等优势一直得到广泛关注,但其容量又限制了其实际应用。
将有源电力滤波器与无源电力滤波器相结合,构成混合有源滤波器(A F ),取两者之长补有源电力滤波器之短,可以降低谐波补偿系统的成本,达到A PF 实用的目的。
关键词:谐波;无源滤波器;有源滤波器;混合有源滤波器中图分类号:TN713 文献标识码:APresent sit uation of researches in power filterGUO Ling 1,C H EN G Wen 2gang 2(1.School of Engineering and Automation ,Tianjin University ,Tianjin 300072,China ;2.Logistic Service Group ,Tianjin Poly 2technic University ,Tianjin 300382,China )Abstract :Harmonic current endangers the electrical system and other systems.A good method of dealing with harmonic cur 2rent is using the filter device.Passive power device is used widely because of its high power and low cost.Active power filter used for dynamic harmonic suppressing and compensation or reactive current can effectively improve power network quality.It is not used widely in the actual application because of its capacity.The adoption of hybrid active power filter can solve the prob 2lem.K ey w ords :harmonic current ;passive power filter ;active power filter ;hybrid active power filter收稿日期:2008205204责任编辑:陈书欣作者简介:郭 玲(19812),女,河北冀州人,助理工程师,硕士研究生,主要从事有源滤波在开关电源中的应用方面的研究。
有源电力滤波器市场状况及趋势预测
有源电力滤波器市场状况及趋势预测一应用领域低压有源电力滤波应用领域1，电气化铁道及城市轨道交通行业2，石化和天然气行业3，电力行业4，钢铁行业5，冶金行业6，水处理行业7，水泥行业8，汽车行业9，烟草行业10，造纸行业11，过程控制行业12，造船业13，精密制造业中压有源电力滤波应用领域1，矿用提升机2，电弧炉3，扎机4，风场并网5，电力机车供电6，远距离电力传输7，城市二级变电站（66/100KV）8，其它二有源电力滤波器的市场现状1990年代，国外的有源电力滤波在制造技术和控制技术上已走向成熟，一些国家，如日本和美国已完全实现了产业化服务。
到目前为止，国外产品技术和制造工艺相当完善，不足之处在于价格非常高，配件也比较昂贵，服务费用高，服务体系尚未完善。
国外电力有源滤波器的主要生产厂商有：ABB、诺基亚、施耐德、东芝等品牌。
表1：国外大容量、中压有源电力滤波的运用实例由于有源滤波器技术含量较高，在国内真正掌握且可投入复杂的工业环境运行的电力有源滤波器产品还处于起步状态。
目前国内参与这一领域竞争的厂商大多还是以进口产品为主，能真正批量生产电力有源滤波器的企业很少，大部分是贴牌和代理为主，并没有自己真正的技术能力。
而国内掌握此技术者均在几所高校，但离产品化还有一些距离，如西安交通大学、清华大学、哈尔滨工业大学等。
国内主要生产厂商有：思源清能、哈尔滨威瀚、西安赛博、山大华天等，这些公司全是以高校为背景的新近成立的公司，由于市场原因发展都很迅速。
三电能质量控制产品市场预测第一，目前我国电能质量产业总销售额为50亿元人民币左右/年。
智能电网的建设将给电能质量产业带来150亿元人民币/年的新增销售份额，巨大的市场份额需求给我国电能质量研究和产业的发展带来了巨大机遇。
（首届全国电能质量学术会议—李令冬）表2：2009年电能质量产业状况？（来自公司内部项目报告，名称未知）第二，建设中国特色坚强智能电网计划，实现对用户可靠、经济、清洁、互动的电力供应和增值服务，电能质量产业带来150亿元人民币/年的市场份额。
有源电力滤波器(APF)
有源电力滤波器（APF）引言谐波电流和谐波电压的出现，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围的通信系统。
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)，特别是高压直流输电的运用，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面入手：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（PF:Passive 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置。
无源滤波器的工业应用已经有相当长的历史，其设计方法稳定可靠、结构简单，但其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定的谐波进行有效地衰减，而出于经济和占地面积方面的考虑，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:Active Power Filter）。
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，确定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，奠定了有源电力滤波器的基础。
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）