有源電力濾波器通過電流互感器檢測負(fù)載電流，并通過內(nèi)部DSP計算，提取出負(fù)載電流中的諧波成分，然后通過PWM信號發(fā)送給內(nèi)部IGBT，控制逆變器產(chǎn)生一個和負(fù)載諧波電流大小相等，方向相反的諧波電流注入到電網(wǎng)中，達(dá)到濾波的目的。

有源電力濾波器是現(xiàn)代化工業(yè)的主要副產(chǎn)品之一，隨著工業(yè)現(xiàn)代化程度提高，諧波的問題日益嚴(yán)重。這主要是現(xiàn)代化工業(yè)的用電方式發(fā)生了巨大的變化。傳統(tǒng)工業(yè)的主要電力負(fù)荷是電動機(jī)和電阻加熱設(shè)備，這些設(shè)備是線性負(fù)載，不會產(chǎn)生諧波電流。而現(xiàn)代化工業(yè)的主要電力負(fù)荷是電流變換器，包括變頻器、中頻爐、直流電機(jī)驅(qū)動器等，這些負(fù)荷都是非線性負(fù)載，工作時產(chǎn)生嚴(yán)重的諧波。

另一方面，大部分配電系統(tǒng)，包括變壓器、開關(guān)柜、繼電保護(hù)器、無功補(bǔ)償柜等，都是按照線性負(fù)荷設(shè)計的。當(dāng)實際負(fù)荷為非線性負(fù)荷時，對配電系統(tǒng)造成嚴(yán)重的危害，輕則導(dǎo)致系統(tǒng)過熱、不穩(wěn)定，重則損壞配電設(shè)備。

解決這個問題的*好方法就是在非線性設(shè)備的電源輸入端安裝有源電力濾波器，將非線性負(fù)荷轉(zhuǎn)變?yōu)榫€性負(fù)荷，諧波導(dǎo)致的各種問題便迎刃而解。這種安裝在設(shè)備的電源輸入端的諧波濾波器就是設(shè)備級諧波濾波器。

有源電力濾波器的特殊要求

設(shè)備級有源電力濾波器與母線級諧波濾波器有不同的要求。設(shè)備級有源電力濾波器與所配的設(shè)備一同構(gòu)成一個完整的系統(tǒng)，諧波濾波器的作用是保證這個系統(tǒng)的諧波電流發(fā)射滿足特定的標(biāo)準(zhǔn)，例如，GB17625標(biāo)準(zhǔn)。因此，設(shè)備級有源電力濾波器要滿足一下四個方面的要求：

1）不與系統(tǒng)發(fā)生**作用：配裝了諧波濾波器的設(shè)備可能在任何系統(tǒng)中使用，而任何情況下都不允許與系統(tǒng)之間發(fā)生**的相互作用，例如與系統(tǒng)發(fā)生諧振，放大諧波電流。

2）不會導(dǎo)致超前的功率因數(shù)：設(shè)備配裝了濾波器，功率因數(shù)要達(dá)到0.98以上，不允許出現(xiàn)過大的感性無功功率和容性無功功率；

3）濾波效果確定：濾波器與特定設(shè)備組合起來后，諧波電流發(fā)射必須是確定的，與系統(tǒng)的參數(shù)無關(guān)，這樣才能確保設(shè)備安裝了濾波器后，滿足特定的要求；

4）不吸收上游諧波電流：配裝了有源電力濾波器的設(shè)備可以應(yīng)用在任何電網(wǎng)環(huán)境中，有些電網(wǎng)會有較大的諧波電壓，設(shè)備級的諧波濾波器不允許吸收來自上游的諧波電流，否則，當(dāng)上游諧波較大時，會導(dǎo)致濾波器過載。

將二極管箝位三電平技術(shù)應(yīng)用于有源電力濾波器領(lǐng)域，國內(nèi)外很多文獻(xiàn)都有涉及，國內(nèi)外許多專家學(xué)者對此都進(jìn)行了比較深入的研究，也提出了很多新的算法。但是，三電平有源電力濾波器始終沒有從實驗室走向市場。究其原因，有可能是技術(shù)不夠成熟，控制算法過于復(fù)雜，應(yīng)用成本高，也可能是企業(yè)界對此不夠重視，尚未認(rèn)識到該技術(shù)的優(yōu)勢。德州和能工業(yè)自動化有限公司通過對三電平技術(shù)的深入研究以及對市場趨勢的正確把握，在業(yè)界先推出了三電平有源電力濾波器產(chǎn)品。三電平有源電力濾波器與傳統(tǒng)兩電平有源電力濾波器相比有以下優(yōu)勢：

紋波電流和電流響應(yīng)速度是矛盾的兩個指標(biāo)。作為有源電力濾波器，其基本原理是檢測負(fù)載諧波，注入反相諧波，以諧波的相互抵消達(dá)到濾波的目的。一般的有源電力濾波器是一個電流模式控制的電壓源逆變器。輸出電流是通過逆變器輸出的電壓作用在輸出電感上產(chǎn)生的。逆變器采用脈沖寬度調(diào)制，根據(jù)電工的基本原理，紋波電流決定于開關(guān)頻率、直流母線電壓、輸出電感的大小，與電流環(huán)的控制無關(guān)。開關(guān)頻率越高紋波電流越小、直流母線電壓越高，紋波電流越大；輸出電感越大，紋波電流越小。而逆變器期望的輸出電流是由電流環(huán)所控制。有源電力濾波器輸出諧波電流，如果按基波50HZ，補(bǔ)償50次諧波計算，*高諧波頻率將達(dá)到2.5KHZ。有源電力濾波器對電流響應(yīng)速度有很高的要求。

電流響應(yīng)速度與直流母線電壓和輸出電感大小有關(guān)。直流母線電壓越高，電流響應(yīng)越快；輸出電感越大，電流響應(yīng)越慢。我們期望輸出紋波電流越小越好，電流響應(yīng)速度越快越好，這是一對矛盾。從上述分析可以看出，兩電平有源電力濾波器解決這個矛盾的辦法只能是提高開關(guān)頻率?，F(xiàn)在某些廠家的兩電平有源電力濾波器產(chǎn)品的開關(guān)頻率已經(jīng)達(dá)到20KHZ。但是，開關(guān)頻率的提高帶來的是更高的開關(guān)損耗以及驅(qū)動損耗，有源電力濾波器的單機(jī)容量會受到限制，而對于更高電壓等級的有源電力濾波器，高壓的IGBT根本就不允許那么高的開關(guān)頻率。然而，三電平有源電力濾波器從原理上就是一個解決上述問題的方案。三電平逆變器可以輸出正、負(fù)、零三種電壓，在計算紋波電流時，只需按直流母線電壓的一半計算。由此，在相同開關(guān)頻率、相同直流母線電壓、相同紋波電流要求的前提下，三電平的輸出電感為兩電平的一半，同時器件的開關(guān)損耗和電感上的紋波損耗也會降低。在計算電流響應(yīng)速度時，起作用的將是全部直流母線電壓，而輸出電感的減半，將加快電流的響應(yīng)速度，增強(qiáng)濾波效果，提高單機(jī)容量。

通常國內(nèi)低壓電網(wǎng)為400V，但是對于某些行業(yè)，其低壓電網(wǎng)會比較高，例如石油鉆機(jī)傳動采用的是600V，礦山用電可能是690V或1140V，而某些行業(yè)的電壓等級可能更加多樣，但一般都是500V以上。如何解決這些行業(yè)諧波治理需求，是一個問題。通常為了提高電流響應(yīng)速度、保證補(bǔ)償效果，處理諧波的有源電力濾波器比處理基波的變頻器或并網(wǎng)逆變器需要更高的直流母線電壓。通常兩電平逆變器的直流母線電壓是交流電網(wǎng)電壓有效值的2倍。對于380V應(yīng)用，直流母線電壓一般在700V～750V，而對于600V，直流母線電壓需要達(dá)到1200V。很多企業(yè)的做法是加一個變壓器，將其他等級的電壓變?yōu)?span lang="EN-US">400V。通過諧波的變壓器是經(jīng)過特殊設(shè)計的，價格比較高，體積也比較大，變壓的損耗也會比較大。而采用三電平技術(shù)，可以用耐壓較低的管子組成耐壓較高的變流器系統(tǒng)，可以直接連接到電壓較高的電網(wǎng)上，同時保證較好濾波效果和單機(jī)容量。

有源電力濾波器主要應(yīng)用場合

1.變頻設(shè)備的應(yīng)用場合隨著技術(shù)的進(jìn)步，變頻設(shè)備大量應(yīng)用于各類場合，變頻設(shè)備會產(chǎn)生大量的諧波，因此，這類場合是有源濾波器主要的目標(biāo)市場之一。

2.不穩(wěn)定負(fù)荷的應(yīng)用場合不穩(wěn)定負(fù)荷不是有源濾波器的主要市場，但它是電力系統(tǒng)一個極其重要的方面，因為不穩(wěn)定的負(fù)荷雖然所占比例不大，但是它們對電力系統(tǒng)產(chǎn)生的影響卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它負(fù)荷所造成的影響，因此對于該類應(yīng)用場合也應(yīng)作為有源濾波器的主要市場方向之一。

3.鋼鐵廠的電弧爐、軋鋼機(jī)等是主要的諧波發(fā)生設(shè)備，且主要是沖擊性負(fù)荷，對鋼鐵廠附近的其它負(fù)荷有很大影響。同時，諧波問題對鋼鐵廠無功補(bǔ)償?shù)挠绊懞艽?，所以?yīng)以無功補(bǔ)償和諧波治理同時處理作為目標(biāo)。

4.有色冶金的負(fù)荷除電弧爐性質(zhì)的負(fù)荷外，還由于采用直流濕法冶金而產(chǎn)生大量的直流成分。

5.港口機(jī)械是大型的提升設(shè)備，一般都采用很大的變頻器，因此是港口機(jī)械主要的諧波源，因此對于該類應(yīng)用場合也應(yīng)作為有源濾波器的市場方向之一。

6.電氣化鐵路一般使用直流電機(jī)拖動，因此是一個市政方面的主要諧波源。根據(jù)現(xiàn)有上海、北京等地電氣化鐵路的運行情況，大多數(shù)系統(tǒng)都安裝了濾波器。預(yù)計本產(chǎn)品可以達(dá)到電氣鐵路濾波器國產(chǎn)化的作用。

7.高精度自動化生產(chǎn)線高精度自動化生產(chǎn)線本身不產(chǎn)生諧波，但是對于電能質(zhì)量有很高的要求，因此需要在高精度自動化生產(chǎn)線的供電側(cè)安裝有源濾波器，以降低諧波對生產(chǎn)線的影響

8.辦公大樓、大型商業(yè)區(qū)等節(jié)能燈和空調(diào)集中場所辦公大樓、大型商業(yè)區(qū)等節(jié)能燈和空調(diào)集中場所的諧波情況也非常嚴(yán)重，治理方法宜采用集中治理方法，以節(jié)省成本。