安科瑞徐赟杰

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前言

我們都知道諧波對公用電網、電氣設備和通信系統都會有不同程度的影響。電網中的諧波會導致電機的附加損耗，增大機械振動、噪聲和過電壓，使變壓器局部嚴重過熱。諧波使電容器、電纜等設備過熱、絕緣老化、壽命縮短，以至損壞。諧波會引起公用電網中局部的并聯諧振和串聯諧振，從而使諧波放大甚至引起嚴重事故。

目前解決諧波比較好的方案是引入APF有源電力濾波器，它由指令電流運算電路和補償電流發生電路兩個主要部分組成。指令電流運算電路實時監視線路中的電流，并將模擬電流信號轉換為數字信號，送入高速數字信號處理器（DSP）對信號進行處理，將諧波與基波分離，并以脈寬調制（PWM）信號形式向補償電流發生電路送出驅動脈沖，驅動IGBT或IPM功率模塊，生成與電網諧波電流幅值相等、極性相反的補償電流注入電網，對諧波電流進行補償或抵消，主動消除電力諧波。通過下文內容讓讀者了解到有源電力濾波器有哪些常見的分類。

根據有源電力直流儲能元件分類

根據有源電力濾波器主電路直流側儲能元件的不同，可分為APF有源電力濾波器的類型有：電壓型APF和電流型APF。電壓型APF采用一個大電容作為儲能元件接在變流器的直流側，功能等效于一個電壓源，電流型APF主要在變流器的直流側接一個電感作為儲能元件，其功能等效于一個可控的電流源，以補償非線性負載產生的諧波電流。電壓型和電流型的APF結構圖如下所示：

電流、電壓型APF結構圖

電壓型APF的優點是開關損耗少、濾波效濾高，是絕大多數APF采用的主電路結構。電流型APF直接輸出諧波電流不僅可以補償正常的諧波，而且可以補償分數次諧波和超高次諧波，并且不會由于主電路開關器件的直通而發生短路故障，因而在可靠性和保護上占有優勢。

根據接入電網方式分類

有源電力濾波器根據電網接入方式的不同，主要分為并聯型APF、串聯型APF、混合型APF。

并聯型有源濾波器

并聯型APF主要是將有源電力濾波器的主電路和負載并聯接入電網，它通過注入補償電流來補償電流型負載的諧波、無功和負序電流。目前并聯型有源濾波器在技術上已較成熟，它也是當前應用最為廣泛的一種有源濾波器拓補結構，其結構圖如下所示：

并聯型APF結構圖

串聯型有源濾波器

串聯型APF主要用于消除電壓型諧波源對系統的影響，而其中流過的是正常負載電流，因此損耗較大，故一般較少使用。且各種保護電路也較復雜，因此很少研究單獨使用的串聯型有源濾波器，而大多數將它作為混合型有源濾波器的一部分予以研究。其結構圖如下所示：

串聯型APF結構圖

混合型有源濾波器

由于交流電源的基波電壓直接或經過變壓器施加到變流器上，且補償電流基礎由變流器提供，故要求變流器具有較大的容量，為了克服這一缺點，提出了與無源濾波器混合使用的APF。由于無源濾波器與有源電力濾波器相比，其優點在于結構簡單、成本低、易實現，而有源電力濾波器的優點是補償性能好，兩者混合使用，既可克服有源電力濾波器容量大、成本高的缺點，又可以使系統獲得良好的性能。常見的混合型有源濾波器的搭配方式為與LC濾波器并聯使用的并聯型APF，與LC濾波器串聯使用的并聯型APF，以及與LC濾波器混合使用的串聯型APF。其結構圖如下所示：

混合型有源濾波器

根據接入系統的不同的分類

根據接入系統的不同，可分為單相有源電力濾波器、三相三線有源電力濾波器和三相四線有源電力濾波器。

根據主電路的形式分類

有源電力濾波器可分為單個主電路有源電力濾波器和多重化主電路有源電力濾波器。后者可以增大有源電流濾波器的容量，提高等效開關頻率，減少單個器件開關損耗，改善補償電流的跟隨特性。

ANAPF有源電力濾波器

ANAPF有源電力濾波器功能：

ANAPF系列有源電力濾波器通過電流互感器采集系統諧波電流，經控制器快速計算并提取各次諧波電流的含量，產生諧波電流指令，通過功率執行器件產生與諧波電流幅值相等方向相反的補償電流，并注入電力系統中，從而抵消非線性負載所產生的諧波電流。

ANAPF有源電力濾波器應用范圍：

適用于并聯在含諧波負載的低壓配電系統中，能夠對動態變化的諧波電流進行快速實時的跟蹤和補償。

綜上所述，ANAPF有源電力濾波器是一種功能強大、濾波能力強、動態響應快、人機友好、遠程監控和可靠性高的電力設備。它在改善電能質量、降低諧波危害、提高電網穩定性和可靠性方面發揮著重要作用，是現代電力系統中不可或缺的重要設備之一。

審核編輯 黃宇