濾波是將信號中特定波段頻率濾除的操作，是抑制和防止干擾的一項重要措施。

諧波治理首先要控制好諧波產生的源頭，其次我們還要通過增加濾波裝置進行諧波的消除。

如何正確選擇有效的諧波質量方案非常關鍵。

?

一、無源濾波

定義

無源濾波器，又稱 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源濾波器。

無源濾波器由 LC 等被動元件組成，將其設計為某頻率下極低阻抗，對相應頻率諧波電流進行分流，其行為模式為提供被動式諧波電流旁路通道。

如圖 1 所示為無源濾波原理圖。

?

圖 1? 無源濾波原理圖

?

優(yōu)缺點

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

?

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

?

應用

由于無源濾波的具有大容量低價位的優(yōu)點，鋼鐵行業(yè)的濾波都采用無源濾波，目前國內濾波市場（電力諧波治理市場）上主要以無源濾波為主。

國際上以 ABB、施耐德、西門子為代表，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。

?

二、有源濾波

定義

有源濾波器（Active Power Filter，簡稱 APF）是一種用于動態(tài)抑制諧波、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。

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 無源濾波器等傳統(tǒng)的諧波抑制和無功補償方法的缺點（傳統(tǒng)的只能固定補償），實現(xiàn)了動態(tài)跟蹤補償，而且可以既補諧波又補無功。

?

三相電路瞬時無功功率理論是 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題。

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。

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)缺點

優(yōu)點：可動態(tài)濾除各次諧波，對系統(tǒng)內的諧波能夠完全吸收；不會產生諧振。

通帶內的信號不僅沒有能量損耗，而且還可以放大，負載效應不明顯，多級相聯(lián)時相互影響很小，利用級聯(lián)的簡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：通帶范圍受有源器件的帶寬限制，需要直流電源供電，可靠性不如無源濾波器高，在高壓、高頻、大功率的場合不適用。

?

應用

有源濾波器可廣泛應用于工業(yè)、商業(yè)和機關團體的配電網中，如：電力系統(tǒng)、電解電鍍企業(yè)、水處理設備、石化企業(yè)、大型商場及辦公大樓、精密電子企業(yè)、機場 / 港口的供電系統(tǒng)、醫(yī)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、提高產品質量、增長設備壽命減少設備損壞等作用。

?

通信行業(yè)；

半導體行業(yè)；

汽車制造業(yè)；

直流電機諧波治理；

醫(yī)院系統(tǒng)；

劇場和體育館。

?

三、有源濾波和無源濾波的對比

工作原理

無源濾波器由 LC 等被動元件組成，將其設計為某頻率下極低阻抗，對相應頻率諧波電流進行分流，其行為模式為提供被動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，其行為模式為主動式電流源輸出。

?

阻抗影響

無源濾波器受系統(tǒng)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。

?

頻率影響

無源濾波器諧振點偏移，效果降低；有源濾波器不受影響。

?

負載影響

無源濾波器可能因為超載而損壞；有源濾波器無損壞之危險，諧波量大于補償能力時，僅發(fā)生補償效果不足而已。

無源濾波器補償效果隨著負載的變化而變化；有源濾波器不受負載變化影響。

?

設備造價

無源濾波器較低；有源濾波器太高。

?

四、E6500 在諧波處理上的應用

諧波危害已經不言而喻了，例如增加電力設施負荷，降低系統(tǒng)功率因數(shù)，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、線路浪費和電能損失；引起無功補償電容器諧振和諧波電流放大，導致電容器組因過電流或過電壓而損壞或無法投入運行……等等。

?

圖 3? E6500 諧波實測圖

?

既然諧波出現(xiàn)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 電能質量分析儀采用抗混疊核心技術，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，在滿量程范圍內截止頻率是 22KHz，完全符合電能質量輸入信號范圍（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(xiàn)場可能存在許多高頻干擾，例如電源信號、無線電信號等均可能會引入高頻干擾輸入，從而引起頻率混疊現(xiàn)象。

如果沒有進行混疊處理，就會出現(xiàn)錯誤。

比如圖 3 第一幅圖是沒有進行混疊處理，諧波分析結果是 7 次諧波超標，這個是錯誤的；

?

唯一可靠的方法是在對信號進行模數(shù)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。

?