有源電力濾波器的要求及應用
有源電力濾波器通過電流互感器檢測負載電流，並通過內部DSP計算，提取出負載電流中的諧波成分，然後通過PWM信號發送給內部IGBT，控製逆變器產生一個和負載諧波電流大小相等，方向相反的諧波電流注入到電網中，達到濾波的目的。
有源電力濾波器是現代化工業的主要副產品之一，隨著工業現代化程度提高，諧波的問題日益嚴重。這主要是現代化工業的用電方式發生了巨大的變化。傳統工業的主要電力負荷是電動機和電阻加熱設備，這些設備是線性負載，不會產生諧波電流。而現代化工業的主要電力負荷是電流變換器，包括變頻器、中頻爐、直流電機驅動器等，這些負荷都是非線性負載，工作時產生嚴重的諧波。
另一方麵，大部分配電係統，包括變壓器、開關櫃、繼電保護器、無功補償櫃等，都是按照線性負荷設計的。當實際負荷為非線性負荷時，對配電係統造成嚴重的危害，輕則導致係統過熱、不穩定，重則損壞配電設備。
解決這個問題的*好方法就是在非線性設備的電源輸入端安裝有源電力濾波器，將非線性負荷轉變為線性負荷，諧波導致的各種問題便迎刃而解。這種安裝在設備的電源輸入端的諧波濾波器就是設備級諧波濾波器。
有源電力濾波器的特殊要求
設備級有源電力濾波器與母線級諧波濾波器有不同的要求。設備級有源電力濾波器與所配的設備一同構成一個完整的係統，諧波濾波器的作用是保證這個係統的諧波電流發射滿足特定的標準，例如，GB17625標準。因此，設備級有源電力濾波器要滿足一下四個方麵的要求：
1）不與係統發生**作用：配裝了諧波濾波器的設備可能在任何係統中使用，而任何情況下都不允許與係統之間發生**的相互作用，例如與係統發生諧振，放大諧波電流。
2）不會導致超前的功率因數：設備配裝了濾波器，功率因數要達到0.98以上，不允許出現過大的感性無功功率和容性無功功率；
3）濾波效果確定：濾波器與特定設備組合起來後，諧波電流發射必須是確定的，與係統的參數無關，這樣才能確保設備安裝了濾波器後，滿足特定的要求；
4）不吸收上遊諧波電流：配裝了有源電力濾波器的設備可以應用在任何電網環境中，有些電網會有較大的諧波電壓，設備級的諧波濾波器不允許吸收來自上遊的諧波電流，否則，當上遊諧波較大時，會導致濾波器過載。
將二極管箝位三電平技術應用於有源電力濾波器領域，國內外很多文獻都有涉及，國內外許多專家學者對此都進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冇有從實驗室走向市場。究其原因，有可能是技術不夠成熟，控製算法過於複雜，應用成本高，也可能是企業界對此不夠重視，尚未認識到該技術的優勢。德州和能工業自動化有限公司通過對三電平技術的深入研究以及對市場趨勢的正確把握，在業界先推出了三電平有源電力濾波器產品。三電平有源電力濾波器與傳統兩電平有源電力濾波器相比有以下優勢：
紋波電流和電流響應速度是矛盾的兩個指標。作為有源電力濾波器，其基本原理是檢測負載諧波，注入反相諧波，以諧波的相互抵消達到濾波的目的。一般的有源電力濾波器是一個電流模式控製的電壓源逆變器。輸出電流是通過逆變器輸出的電壓作用在輸出電感上產生的。逆變器采用脈衝寬度調製，根據電工的基本原理，紋波電流決定於開關頻率、直流母線電壓、輸出電感的大小，與電流環的控製無關。開關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所控製。有源電力濾波器輸出諧波電流，如果按基波50HZ，補償50次諧波計算，*高諧波頻率將達到2.5KHZ。有源電力濾波器對電流響應速度有很高的要求。
電流響應速度與直流母線電壓和輸出電感大小有關。直流母線電壓越高，電流響應越快；輸出電感越大，電流響應越慢。我們期望輸出紋波電流越小越好，電流響應速度越快越好，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隻能是提高開關頻率。現在某些廠家的兩電平有源電力濾波器產品的開關頻率已經達到20KHZ。但是，開關頻率的提高帶來的是更高的開關損耗以及驅動損耗，有源電力濾波器的單機容量會受到限製，而對於更高電壓等級的有源電力濾波器，高壓的IGBT根本就不允許那麼高的開關頻率。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、零三種電壓，在計算紋波電流時，隻需按直流母線電壓的一半計算。由此，在相同開關頻率、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，同時器件的開關損耗和電感上的紋波損耗也會降低。在計算電流響應速度時，起作用的將是全部直流母線電壓，而輸出電感的減半，將加快電流的響應速度，增強濾波效果，提高單機容量。
通常國內低壓電網為400V，但是對於某些行業，其低壓電網會比較高，例如石油鑽機傳動采用的是600V，礦山用電可能是690V或1140V，而某些行業的電壓等級可能更加多樣，但一般都是500V以上。如何解決這些行業諧波治理需求，是一個問題。通常為了提高電流響應速度、保證補償效果，處理諧波的有源電力濾波器比處理基波的變頻器或並網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電壓有效值的2倍。對於380V應用，直流母線電壓一般在700V～750V，而對於600V，直流母線電壓需要達到1200V。很多企業的做法是加一個變壓器，將其他等級的電壓變為400V。通過諧波的變壓器是經過特殊設計的，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，可以用耐壓較低的管子組成耐壓較高的變流器係統，可以直接連接到電壓較高的電網上，同時保證較好濾波效果和單機容量。
有源電力濾波器主要應用場合
1.變頻設備的應用場合隨著技術的進步，變頻設備大量應用於各類場合，變頻設備會產生大量的諧波，因此，這類場合是有源濾波器主要的目標市場之一。
2.不穩定負荷的應用場合不穩定負荷不是有源濾波器的主要市場，但它是電力係統一個極其重要的方麵，因為不穩定的負荷雖然所占比例不大，但是它們對電力係統產生的影響卻遠遠大於其它負荷所造成的影響，因此對於該類應用場合也應作為有源濾波器的主要市場方向之一。
3.鋼鐵廠的電弧爐、軋鋼機等是主要的諧波發生設備，且主要是衝擊性負荷，對鋼鐵廠附近的其它負荷有很大影響。同時，諧波問題對鋼鐵廠無功補償的影響很大，所以應以無功補償和諧波治理同時處理作為目標。
4.有色冶金的負荷除電弧爐性質的負荷外，還由於采用直流濕法冶金而產生大量的直流成分。
5.港口機械是大型的提升設備，一般都采用很大的變頻器，因此是港口機械主要的諧波源，因此對於該類應用場合也應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拖動，因此是一個市政方麵的主要諧波源。根據現有上海、北京等地電氣化鐵路的運行情況，大多數係統都安裝了濾波器。預計本產品可以達到電氣鐵路濾波器國產化的作用。
7.高精度自動化生產線高精度自動化生產線本身不產生諧波，但是對於電能質量有很高的要求，因此需要在高精度自動化生產線的供電側安裝有源濾波器，以降低諧波對生產線的影響
8.辦公大樓、大型商業區等節能燈和空調集中場所辦公大樓、大型商業區等節能燈和空調集中場所的諧波情況也非常嚴重，治理方法宜采用集中治理方法，以節省成本。
