無(wú)源濾波器，又稱(chēng)LC濾波器，是利用電感、電容和電阻的組合設計構成的濾波電路，可濾除某一次或多次諧波，最普通易于采用的無(wú)源濾波器結構是將電感與電容串聯(lián)，可對主要次諧波（3、5、7）構成低阻抗旁路；單調諧濾波器、雙調諧濾波器、高通濾波器都屬于無(wú)源濾波器。無(wú)源濾波器由LC等被動(dòng)元件組成，將其設計為某頻率下極低阻抗，對相應頻率諧波電流進(jìn)行分流，其行為模式為提供被動(dòng)式諧波電流旁路通道。如圖1所示為無(wú)源濾波原理圖。

 

圖1 無(wú)源濾波原理圖

 

 

優(yōu)點(diǎn)：無(wú)源濾波器具有結構簡(jiǎn)單、成本低廉、運行可靠性較高、運行費用較低。

 

缺點(diǎn)：通帶內的信號有能量損耗，負載效應比較明顯，使用電感元件時(shí)容易引起電磁感應，當電感L較大時(shí)濾波器的體積和重量都比較大，在低頻域不適用。

 

 

由于無(wú)源濾波的具有大容量低價(jià)位的優(yōu)點(diǎn)，鋼鐵行業(yè)的濾波都采用無(wú)源濾波，目前國內濾波市場(chǎng)（電力諧波治理市場(chǎng)）上主要以無(wú)源濾波為主。國際上以ABB、施耐德、西門(mén)子為代表，國內以Satons、溫州清華電子、山大華天、哈工大、西安賽博、綠波杰能為代表。發(fā)展形勢以快速反映，諧波治理徹底，綜合控制為主。

 

 

 

有源濾波器（AcTIve Power Filter，簡(jiǎn)稱(chēng)APF）是一種用于動(dòng)態(tài)抑制諧波、補償無(wú)功的新型電力電子裝置，它能夠對大小和頻率都變化的諧波以及變化的無(wú)功進(jìn)行補償。之所以稱(chēng)為有源，顧名思義該裝置需要提供電源（用以補償主電路的諧波），其應用可克服LC無(wú)源濾波器等傳統的諧波抑制和無(wú)功補償方法的缺點(diǎn)（傳統的只能固定補償），實(shí)現了動(dòng)態(tài)跟蹤補償，而且可以既補諧波又補無(wú)功。

 

三相電路瞬時(shí)無(wú)功功率理論是APF發(fā)展的主要基礎理論，APF有并聯(lián)型和串聯(lián)型兩種，前者用的多；并聯(lián)有源濾波器主要是治理電流諧波，串聯(lián)有源濾波器主要是治理電壓諧波等引起的問(wèn)題。有源濾波器同無(wú)源濾波器比較，治理效果好，主要可以同時(shí)濾除多次及高次諧波，不會(huì )引起諧振，但是價(jià)位相對高。如圖 2所示為有源濾波結構圖。

圖2 有源濾波器結構圖

 

 

優(yōu)點(diǎn)：可動(dòng)態(tài)濾除各次諧波，對系統內的諧波能夠完全吸收；不會(huì )產(chǎn)生諧振。通帶內的信號不僅沒(méi)有能量損耗，而且還可以放大，負載效應不明顯，多級相聯(lián)時(shí)相互影響很小，利用級聯(lián)的簡(jiǎn)單方法很容易構成高階濾波器，并且濾波器的體積小、重量輕、不需要磁屏蔽。

 

缺點(diǎn)：通帶范圍受有源器件的帶寬限制，需要直流電源供電，可靠性不如無(wú)源濾波器高，在高壓、高頻、大功率的場(chǎng)合不適用。

 

 

有源濾波器可廣泛應用于工業(yè)、商業(yè)和機關(guān)團體的配電網(wǎng)中，如：電力系統、電解電鍍企業(yè)、水處理設備、石化企業(yè)、大型商場(chǎng)及辦公大樓、精密電子企業(yè)、機場(chǎng)/港口的供電系統、醫療機構等。根據應用對象不同，HTAPF-I型有源電力濾波器的應用將起到保障供電可靠性、降低干擾、提高產(chǎn)品質(zhì)量、增長(cháng)設備壽命減少設備損壞等作用。

 

l 通信行業(yè)；

 

l 半導體行業(yè)；

 

l 汽車(chē)制造業(yè)；

 

l 直流電機諧波治理；

 

l 醫院系統；

 

l 劇場(chǎng)和體育館。

 

 

 

無(wú)源濾波器由LC等被動(dòng)元件組成，將其設計為某頻率下極低阻抗，對相應頻率諧波電流進(jìn)行分流，其行為模式為提供被動(dòng)式諧波電流旁路通道；而有源濾波器由電力電子元件和DSP等構成的電能變換設備，檢測負載諧波電流并主動(dòng)提供對應的補償電流，補償后的源電流幾乎為純正弦波，其行為模式為主動(dòng)式電流源輸出。

 

 

無(wú)源濾波器受系統阻抗影響嚴重，存在諧波放大和共振的危險；而有源濾波不受影響。

 

 

無(wú)源濾波器諧振點(diǎn)偏移，效果降低；有源濾波器不受影響。

 

 

無(wú)源濾波器可能因為超載而損壞；有源濾波器無(wú)損壞之危險，諧波量大于補償能力時(shí)，僅發(fā)生補償效果不足而已。無(wú)源濾波器補償效果隨著(zhù)負載的變化而變化；有源濾波器不受負載變化影響。

 

 

無(wú)源濾波器較低；有源濾波器太高。

 

 

諧波危害已經(jīng)不言而喻了，例如增加電力設施負荷，降低系統功率因數，降低發(fā)電、輸電及用電設備的有效容量和效率，造成設備浪費、線(xiàn)路浪費和電能損失；引起無(wú)功補償電容器諧振和諧波電流放大，導致電容器組因過(guò)電流或過(guò)電壓而損壞或無(wú)法投入運行……等等。

圖 3 E6500諧波實(shí)測圖

 

既然諧波出現了，那我們就要想辦法將它濾除掉，但是前提是我們可以準確的測量諧波。致遠電子E6500電能質(zhì)量分析儀采用抗混疊核心技術(shù)，每通道都配備單獨的抗混疊濾波器，即二階有源濾波器，在正常量程范圍內截止頻率是14KHz，在滿(mǎn)量程范圍內截止頻率是22KHz，完全符合電能質(zhì)量輸入信號范圍（最高10KHz），從而在硬件上保證了測量計算的準確性。

圖 4 諧波測量分析圖

 

在測量現場(chǎng)可能存在許多高頻干擾，例如電源信號、無(wú)線(xiàn)電信號等均可能會(huì )引入高頻干擾輸入，從而引起頻率混疊現象。如果沒(méi)有進(jìn)行混疊處理，就會(huì )出現錯誤。比如圖3第一幅圖是沒(méi)有進(jìn)行混疊處理，諧波分析結果是7次諧波超標，這個(gè)是錯誤的；

 

唯一可靠的方法是在對信號進(jìn)行模數轉換之前做抗混疊處理，保證測量結果的正確性。比如圖3第二幅圖進(jìn)行了混疊處理，諧波分析結果是9次諧波超標，跟原始信號分析結果一致。