一．谐波抑制的国内外现状及有源滤波器的发展前景
谐波是指电流中所含有的频率为基波的整数倍的电量，一般是指对周期性的非正弦电量进行傅里叶级数分解，其余大于基波频率的电流产生的电量。谐波的存在有很大的危害，其主要表现在以下几方面： 1.对电网有很大的影响。电网中广泛使用补偿无功的电容器，在一定的频率下，可能满足串联或并联谐振条件，当该次谐波足够大时，就会造成危险的过电压或过电流，这往往导致电气元件及设备的损坏，严重影响电力系统的安全运行。此外，谐波电流在电网中的流动会在线路上产生有功功率损耗。导线的集肤效应引起的附加线路损耗比较大，严重的谐波畸变使断路器的开断能力降低，并可能损坏断路器，民用建筑中，由于中性线一般较细，当大量的谐波（一般为三次谐波）从中流过时，会使导线过热，破坏绝缘，进而发生短路，引起火灾。2.谐波会是使旋转电机引起附加损耗和过热，其次是产生机械振动、噪声和谐波电压。这些影响将缩短电机的寿命，情况严重时甚至会损坏电机。3.对继电保护和电力测量的影响。电力系统中的谐波会改变保护继电器的性能，引起误动作和拒绝动作。当有谐波时，将会产生测量误差。仪表的原理和结构不同，所产生的误差也不相同，其对测量误差的增大是无法估量的。 哺乳服装
针对谐波的抑制，过去国内外大多采用 LC 无源滤波装置进行谐波抑制和无功补偿。传统的 LC 无源滤波器由电力电容器、电抗器和电阻适当组合而成，与负载并联工作。其中典型的单调谐滤波器是利用串联电感 L、电容 C 谐振原理构成的。在谐振点处，n 循环氢压缩机次谐波电流主要由 LC 滤波器分流，很少流入电网，而对其它次数的谐波电流，地球仪制作方法简单LC 滤波器的作用不大。为了克服无源滤波器的种种不足，目前的趋势是采用电力电子装置进行谐波补偿，这就是有源滤波器。
随着半导体行业的迅速发展，加之 PWM 技术的不断进步以及各种谐波电流瞬时检测方法的提出，使有源滤波器得到了迅速完善和发展。自从第一台有源滤波器研制成功并正式投入使用以来，经过 20 多年的研究和探索，越来越多的有源滤波器投入了运行，不论从实现功能还是从运行功率上都有了明显改善。已经使用的有源滤波器从 50KVA 到 60MVA，功率范围越来越宽。在硬件装置方面，随着快速自换向器件性能的不断提高，有源滤波技术有了很大的发展。随着绝缘栅极晶体管（IGBT）的成熟，有源滤波技术得到了真正的推广。同时，微处理器，尤其是信号数字处理器（DSP）的使用，使有源滤波器在线实现大量、复杂算法计算的能力有了很大的提高，也使各种复杂的控制算法得以实现，保证了有源滤波器快速、实时的补偿性能以及稳态性能。与国外广泛应用有源滤波器相比，由近些
年来，国内相关研究主要以理论研究和实验为主，理论研究水平进步很快，已经接近国际先进水平，但受到技术和设备等多方面的制约，实际应用水平不高，范围不广，与国外存在较大差距。因此对完善有源滤波器应用于电网谐波电流的抑制和无功电流的补偿技术，需要开展进一步的理论研究和应用开发。
二．有源电力滤波器简介
有源电力滤波器（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，它能够对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿，之所以称为有源，顾名思义该装置需要提供电源，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（传统的只能固定补偿），实现了动态跟踪补偿，而且可以既补谐波又补无功
三相电路瞬时无功理论是APF发展的主要基础理论；APF有并联型和串联型两种，前者用的多；并联有源滤波器主要是治理电流谐波，串联有源滤波器主要是治理电压谐波等引起的问题。
三．有源滤波的原理和结构
图1 有源滤波器系统原理框图
如图，非线性负载为谐波源，它能产生谐波电流和无功分量。从图中可以看出，有源滤波器由三大部分组成，分别是电流检测电路、控制电路和补偿电流发生电路。电流检测电路的功能是检测补偿对象中的谐波和无功等电流分量；控制电路的作用是将检测出来的电流分量进行转换来控制补偿电流发生电路产生补偿电流；补偿电流发生电路主要是根据控制电路的信号产生实际的补偿电流。目前有源电力滤波器主电路均采用PWM变流器。
有源滤波器的基本工作原理为：通过检测补偿对象中的谐波和无功电流成分，得到控制补偿电流的指令信号，该信号经由补偿电流发生电路产生补偿电流，从而将补偿对象中的谐波和无功电流抵消掉，最终得到期望的系统电流。如果负载产生谐波电流时，有源电力滤
波器检测出负载电流的谐波分量，将其反极性后作为补偿电流信号，由补偿电流发生电路产生补偿电流与负载中电流的谐波成分大小相等、方向相反，从而两者相互抵消，使得电源电流中只含基波，不含谐波。这样就达到了抑制电源电流中谐波的目的。
四．有源滤波器的分类
1.根据逆变器直流侧储能原件的不同，可分为电压型有缘滤波器（储能元件为电容）和电流型有源滤波器（储能元件为电感）。电压型有源滤波器在工作时需对直流侧电容电压控制，是直流电压维持不变，因而逆变器交流侧输出为PWM电压波。而电流型有源滤波器在工作时需对直流侧电感电流进行控制，使直流侧电流维持不变，因而逆变器交流侧输出PWM电流波。电压型有源滤波器的优点是损耗较少，效率高，是目前国内外绝大多数有源滤波器采用的主电路结构。电流有源滤波器由于电流侧电感上始终有电流流过，该电流在电感内阻上将产生较大的损耗所以目前较少采用。
图2 电压型滤波器图 图3电流型滤波器图
2.按电路拓朴结构分类，电力有源滤波器可分为并联型、串联型、串－并联型和混合型。
图4 并联型有源滤波器
由于有源电力滤波器的主电路和负载并联接入电网，故称并联型APF,它通过注入补偿电流来补偿电流型负载的谐波、无功和负序电流。
二次沉淀池
图5 串联型有源滤波器
图5为串联型APF，主要用来消除电压谐波源对电网的影响，由于串联中流过的是正常的负载电流，因此与并联型有源滤波器相比，其损耗较大，且各种保护电路也较复杂。
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，进行无功补偿的任务。而串联型有源滤波器只承担消除高次谐振及阻尼无源LC网络与线路阻抗产生的谐波谐振的任务。
串－并联型有源滤波器组合了串联有源滤波器和并联有源滤波器的优点，能解决电气系统发生的大多数电能质量问题，所以又称之为万能有源滤波器。
五．有源电力滤波器的优缺点
与传统的 LC 滤波器相比，有源滤波器优点如下：1.实现了动态补偿，可对频率和幅值都变化的谐波以及变化的无功功率进行迅速的动态跟踪补偿。2.滤波器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。3.补偿无功功率时不需储能元件，补偿谐波时所需储能元件容量不大。4.可同时对谐波和无功进行补偿，且补偿无功的大小可做到连续调节，既可对一个谐波单独补偿，也可以对多个无功和谐波源集中补偿，性价比合理。
有源滤波器同无源滤波器比较，治理效果好，主要可以同时滤除多次及高次谐波，不会引起谐振，但是价位相对高！目前的有源滤波器均以低压为主，高压有源滤波器技术已经成熟，但是实际应用安全系数很低，国际普遍做法是以变压器升压，来保证可靠性，国家相关部门也要求以变压器升压的形式和有源滤波器结合，治理高压谐波。有源电力滤波器通过电流互感器检测负载电流，并通过内部DSP计算，提取出负载电流中的谐波成分，然后通过PWM信号发送给内部IGBT,控制逆变器产生一个和负载谐波电流大小相等，方向相反的谐波电流注入到电网中，达到滤波的目的。
从目前的情况看，有源电力滤波器的不足之处主要表现在：1.为了减小滤波器的体积和重量、改进设备性能，势必要提高有源电力滤波器的主开关元件的工作频率。但是，这会受到可关断开关元件本身工作频率的限制；同时，工作频率的提高，将使有源电力滤波器的开关损耗迅速增加。目前，有源电力滤波器的损耗高达 50—90W/KVA，大大高于电容补偿器的 2—4.5W/KVA 和同步调相机的 12—30W/KVA。较高的损耗，既增加了运行成本，也妨碍了设备容量的进一步提高。2.与无源滤波器相比，设备的初期（制造）投资大。3.由于有源电力滤波器通常以高频开关方式工作，会产生电磁干扰。因此，降低有源电力滤波器的损耗和初期投资、完善非线性电路功率理论及参考电流的实时检测方法、并提高设
备的电磁兼容性，是有源电力滤波技术的发展方向和急需解决的问题。
六．参考文献
1.《谐波抑制和无功功率补偿》 王兆安、杨君、刘进军、王跃
2. 《有源电力滤波器—结构、原理、控制》 姜齐荣、赵东元、陈建业
光纤电话机3. 《最新电网谐波抑制与电力无功补偿装置及滤波器选型》 文长清、卢远华
4. 建筑防水剂《电力系统谐波分析、测量、评估》 杨啸天
5. 天津大学 《有源电力滤波器对无功和谐波电流补偿的研究》 王晓远、裴钰
