有源濾波器也是有源電力濾波器(Active Power Filter,簡稱APF)是一種用于動態壓制諧波、補償無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功進行補償。
有源濾波器之所以稱為有源,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濾波器等傳統的諧波壓制和無功補償方法的缺點(傳統的只能固定補償),實現了動態追蹤補償,而且可以既補諧波又補無功。
有源濾波器同無源濾波器比較,治理效果好,主要可以同時濾除多次及高次諧波,不會引起諧振,但是價位相對高!
隨著電力電子技術和控制技術的進步,國產有源濾波器已經在各種重大項目上的代替的進口產品,只有2012年,國產有源濾波器產品的銷售額已經超過進口品牌5倍之多,有源電力濾波器APF以其巨大的技術優勢、強大功能、逐漸下降的價格,必將取代傳統無源型濾波器PF。
在未來APF的發展過程中,模塊化的有源濾波設備以其體積小,安裝方便,集成化程度高,工作穩定,擴容方便等優點慢慢取代了傳統的柜式APF,在未來的5年中,模塊化的有源濾波APF與靜止無功發生器SVG的組合必將成為電能質量行業中較為有力的解決方案,并被市場寬泛地認可。
有源濾波器的改進,一方面有賴于元器件及集成技術的進展,一方面也取決于電路結構和設計的創新。RC有源濾波器雖已能混合集成,但高質量RC有源濾波器的完全集成仍沒解決。主要困難是不能在芯片上直接集成高精度的電阻和電容元件,且大電阻和大電容所占芯片面積太大。開關電容濾波器為解決這一課題開辟了道路,實現了全集成化;但它屬于離散時間模擬濾波器,且有工作頻段低等問題有待改進。一種在集成濾波器中實現精確電阻的方案,是利用MOS管的線性(即非飽和)區特性充任模擬電阻,這是一種受柵極電壓控制的壓控電阻,故可用片外(即該芯片以外)的參考值,諸如晶體時鐘或外部RC元件,配合片內控制電路來精確調整電路的時間常數。這是一種很有發展前景的方案。還有一種用跨導型運算放大器(OTA)和電容C組成的有源濾波器,也是很有希望的全集成方案。
無源濾波器又稱LC濾波器,簡稱FC。是利用電感、電容、電阻的組合設計構成的濾波電路,可濾波某一次或多次諧波。這種電路主要有無源元件R、L和C組成。較為普通易于采用無源濾波器結構是將電感與電容串聯,可對主要的次諧波(3、5、7)構成低阻抗旁路;單相濾波器、直流濾波器、正弦波濾波器、諧波濾波器這些都是屬于無源濾波器。
濾波器有源、無源之分,主要區別在于它們的工作原理、諧波處理能力、系統阻抗變化的影響、頻率變化的影響、負載增加的影響、設備造價不同。簡單說明幾點,如下:
1.成本價格:有源濾波器價格較高,無源濾波器相對便宜。
2.原理構成:有源濾波器主要是通過晶閘管控制,當有諧波產生時會產生大小相等,方向相反的電流來抵消諧波電流;無源濾波器則是通過電容+電抗的組合LC回路對諧波產生低阻抗,讓諧波電流流入到濾波裝置中。
3.濾波效果:有源濾波器能夠實現動態濾波,自動追蹤補償電網中變化的諧波電流,具有高度可控性和快速響應性,補償性能不受電網頻率波動影響,濾波特性不受系統阻抗的影響,可消除與系統阻抗發生諧振的危險。先進的算法使得本設備能夠在100us時間內計算出下一個開關頻率的輸出,故而響應速度不超過100us,對于變化較為頻繁的諧波能夠實行快速的補償;而無源濾波器則由于結構簡單,無法達到實時快速動態的效果,濾波效果比有源濾波器有一定差距。
4.應用范圍:有源濾波器由于成本較高,多用于容量較小的需求,比如像醫療行業,精密儀器設備、實驗室、通訊行業、商場、樓宇等行業;無源濾波器則多用于容量需求較大的行業。如鋼廠、風電、電氣化鐵道及城市軌道交通行業、石化和天然氣行業、鋼鐵與冶金行業、 礦山、造船業等各行業。