在现代电力系统中，随着电力电子设备的广泛应用，谐波问题日益突出，严重影响电能质量。有源滤波器作为一种先进的电力谐波治理设备，应运而生，在保障电力系统稳定运行方面发挥着重要作用。

一、基本概念

有源滤波器（Active Power Filter，简称 APF），是采用现代电力电子技术和基于高速 DSP 器件的数字信号处理技术制成的新型电力谐波治理专用设备。三相电路瞬时无功功率理论是 APF 发展的主要基础理论。它主要分为并联型和串联型两种，其中并联型更为常用。并联有源滤波器主要用于治理电流谐波，而串联有源滤波器主要针对电压谐波等引起的问题。与传统的无源滤波器相比，有源滤波器治理效果更佳，能够同时滤除多次及高次谐波，且不会引发谐振，但其价格相对较高。

二、工作原理

有源滤波器系统主要由电流检测电路和控制电路两大部分构成。其工作原理是实时监测线路中的电流，指令电流运算电路将模拟电流信号转换为数字信号，送入高速数字信号处理器（DSP）进行处理，将谐波与基波分离。之后，以脉宽调制（PWM）信号形式向补偿电流发生电路送出驱动脉冲，驱动 IGBT 或 IPM 功率模块，生成与电网谐波电流幅值相等、极性相反的补偿电流注入电网，从而对谐波电流进行补偿或抵消，主动消除电力谐波。

三、技术优势

绿色化：效率高达 97.2%，相较于效率为 95% 的有源滤波器，每年可节约电能约 6500kWh。同时，采用效率更高的拓扑增强型控制算法，基于精确模型进行热设计和结构优化，在提升性能的同时，实现了节能环保。

小型化：体积仅为同类主流品牌的 1/6，占用空间更少，能够灵活适应不同的工况安装需求。无论是壁挂式还是机架式安装，都极大地节省了空间，并且使用更少的原材料，有助于保护环境。

智能化：具备补偿指定次数谐波的功能，可进行可调感性、容性无功补偿，还能补偿系统不平衡负载。能够自动检测并抑制系统谐振，配备全功能监控系统，实时掌握设备运行状态，实现智能化管理。

模块化：采用 N + 1 冗余设计，显著提高了系统可靠性。通过流水线生产，保证了出色的产品质量，减少了系统单故障点。还能灵活并联，适应不同的工况，满足多样化的应用需求。

四、功能特性

强大的谐波滤除能力：能够同时滤除 2~50 次谐波，也可选择 2~50 次内任意次数谐波进行补偿，响应时间小于 300μs，能够快速有效地对谐波进行治理。

先进的控制方式：采用 3DSP + CPLD 全数字控制方式和国际知名品牌高速 IGBT，通过闭环控制，精确滤除谐波，保证了滤波效果的稳定性和准确性。

四相线技术应用：应用四相线技术，能够有效消除中性线电流，解决了三相四线系统中中性线电流过大的问题。

自动消除谐振：不受电网阻抗和系统阻抗变化影响，能够自动消除谐振，保障电力系统的稳定运行。

多种工作模式：具有补偿谐波、同时补偿谐波和无功、同时补偿谐波、无功和负载三相电流不平衡三种工作模式，可根据实际需求灵活选择。

完善的保护功能：具备电子式过负荷保护功能，逆变器控制具备快速的 FPGA 和功率数字信号处理功能。同时，拥有完善的监控系统，在供电或断电情况下可保存 500 条故障记录，便于分析原因及排除故障。此外，还具有自动限流、负载短路保护等功能，确保设备自身和电力系统的安全。

五、设计方法

有源滤波器的设计方法大致可归结为级联法和模拟法两大类。

级联法：根据技术指标要求，求出可物理实现的转移函数（通常可从现成的有源滤波器资料和手册中查得），并将其分解为低阶函数（主要是二阶函数）之积。将这些低阶函数分别用有源电路实现后再级联起来，即可实现原转移函数。实现低阶函数的电路通称为基本节，目前已有许多典型的二阶基本节电路供设计者选用。按基本节中使用放大器的数目可分为单放大器电路、双放大器电路、三放大器电路、四放大器电路。级联法设计过程相对简单，电路特性调整容易，所实现的电路较为经济，是常用的设计方法。

模拟法：先设计出能满足技术指标要求的 LC 滤波器作为设计原型，再用有源电路去模拟实现。这种方法又可分为元件模拟法和功能模拟法两类，并且多以双端终接电阻的 LC 梯型滤波器为原型。通常，模拟法比级联法需用更多元件。

元件模拟法：用模拟电感（能实现电感特性的不含电感元件的有源电路）取代 LC 滤波器中的电感元件。现有浮地模拟电感电路的性能还不够好，应用较少。当 LC 滤波器中含有浮地电感时，常通过变换的方法来消除它。RLC - CRD 变换是常用的一种，它用因子 K/s（s 是复频率，K 为实常数）使电路中每个元件的阻抗都增大 K/s 倍。这种变换不会改变原电路的传输特性，却使原电路中的 R、L、C 元件分别变成了 C、R、D（频变负阻）元件。

功能模拟法：先作出 LC 原型滤波器电路中各电压电流的信号流图，再用积分器、加法器、乘法器等有源电路来实现。

六、应用场合

有源电力滤波器可广泛应用于工业、商业和机关团体的配电网中。

通信行业：随着大规模数据中心机房的发展，通信配电系统中的 UPS 使用容量大幅上升。通信低压配电系统的主要谐波源设备如 UPS、开关电源、变频空调等产生的谐波含量较高，且位移功率因数极高。通过使用有源滤波器，可以提高通信系统及配电系统的稳定性，延长通信设备及电力设备的使用寿命，使配电系统更符合谐波环境的设计规范。

半导体行业：半导体行业中 3 次谐波问题较为严重。有源滤波器能够有效治理谐波，保障生产设备的正常运行，提高产品质量，减少因谐波问题导致的设备故障和生产损失。

其他行业：在电力系统、电解电镀企业、水处理设备、石化企业、大型商场及办公大楼、精密电子企业、机场 / 港口的供电系统、医疗机构等领域，有源滤波器的应用也能起到保障供电可靠性、降低干扰、提高产品质量、增长设备寿命减少设备损坏等作用。

七、优缺点

优点：可动态滤除各次谐波，对系统内的谐波能够完全吸收，有效改善电能质量；不会产生谐振，避免了因谐振导致的电力系统故障，提高了电力系统的稳定性。

缺点：造价较高，限制了其在一些对成本敏感的项目中的应用；受硬件限制，在大容量场合使用存在一定困难，目前有源滤波容量单套不超过 100KVA，最高适用电网电压不超过 690V。

随着电力电子技术的不断进步，有源滤波器在技术上不断创新和完善，其性能将进一步提升，成本有望降低。未来，有源滤波器在电力谐波治理领域将发挥更为重要的作用，为保障电力系统的安全、稳定、高效运行提供有力支持。