第一節(jié) 上游 行業(yè) 發(fā)展狀況 分析

有源濾波器主要由控制器、IGBT組成的逆變器、電容器組成。

受我國高壓直流輸電技術高速發(fā)展的拉動，近年來電力電容器 行業(yè) 獲得空前發(fā)展，其產值、產量一直保持較高的增長。尤其是國家出臺并實施4萬億元的投資計劃，將為全 行業(yè) 贏得新的發(fā)展空間。然而目前全 行業(yè) 普遍面臨金融危機影響的滯后效應。

作為輸變電設備中的專業(yè)領域，電力電容器 行業(yè) 經過國內企業(yè)多年開發(fā)與技術改進，以及近年來國外著名企業(yè)來華合資辦廠帶來的先進技術和設備，促進了其產品技術以及關鍵工藝裝備技術的提高，引進技術和國產化工作取得明顯成效。

截至目前， 行業(yè) 主導企業(yè)的工藝裝備、生產能力已達到國際先進水平， 行業(yè) 總體水平不斷提高，產品品種、規(guī)格齊全并不斷擴大，已能完全滿足我國電力工業(yè)及其他領域的市場需求，其中少量產品已經實現出口。

自2008年以來，全 行業(yè) 總體保持了快速發(fā)展的態(tài)勢。據不完全統計，自2001年以來， 行業(yè) 總產值年增長保持在20%左右，2008年 行業(yè) 總產值比2007年增長19.24%。2009年上半年， 行業(yè) 經營狀況總體平穩(wěn)。

近年來，全 行業(yè) 主導產品——高、低壓并聯電容器、電容式電壓互感器、成套裝置(并補、濾波裝置)、電熱電容器的產量均有較大幅度增長。據不完全統計，2008年全 行業(yè) 完成高壓并聯及濾波電容器產量比上年增長35.9%；自愈式低壓并聯電容器產量比上年增加13.7%；成套裝置(主要指無功補償裝置和濾波裝置)的產量比上年增長17.3%；電熱電容器產量比上年增加了47.3%。

值得關注的是，電力電容器 行業(yè) 為贏得國內外激烈的市場競爭，不斷加強企業(yè)基本建設與技術改造取得明顯成效，推進了 行業(yè) 的快速發(fā)展。

2008年電容器 行業(yè) 新產品產值同比增長35.64%。隨著市場競爭日趨激烈，很多廠家意識到一味進行價格戰(zhàn)并非良策，紛紛加大了科研經費支出，研發(fā)新產品，爭取占領高端市場。西容、桂容、日新電機等公司的1000千伏產品在特高壓工程中成功投運，填補了國內該項技術的空白。

國家推出了4萬億元的投資計劃和振興十大產業(yè) 規(guī)劃 ，這對電力電容器 行業(yè) 是難得的機遇，為整個 行業(yè) 贏得新的發(fā)展空間。然而金融危機影響的滯后效應已開始顯現，預計未來其影響會進一步加劇。因此， 行業(yè) 未來形勢不容樂觀。

近期以來金融危機影響的效應已經開始顯現，一批中小型企業(yè)，尤其是出口較多且出口以歐美地區(qū)為主的江浙地區(qū)及廣東地區(qū)的生產企業(yè)，出口額都有不同程度的減少。

第二節(jié) 下游產業(yè)發(fā)展情況 分析

一、電力產業(yè)發(fā)展

有源濾波裝置可廣泛應用于電力企業(yè)、商業(yè)和機關團體的配電網中，可達到節(jié)電和綠化電網的雙重目的。

2008年我國電力基本建設投資完成額達5763億元，同比增長1.52％。其中，電源完成投資2879億元，同比下降10.78％，電網完成投資2885億元，同比增長17.69％。電網基本建設投資占電力基本建設投資的50.05％，近幾年首次超過電源投資。

截至2008年年底，全國電網220伏及以上輸電線路回路長度已達36.48萬千米，同比增長11.1％，220千伏及以上變電設備容量達到138714萬千伏安，同比增長17.8％。

“國家出臺的４萬億投資計劃，加大了對基礎設施建設投資力度，電網投資建設將成為未來建設重點。”未來兩年，電網建設投資力度將繼續(xù)大增，預計到2009年底我國電源、電網的投資比例將達到4：6，電網投資所占比重有望再增加10個百分點。

電網建設碩果累累，電網規(guī)模繼續(xù)擴大。晉東南—荊門1000千伏特高壓交流試驗示范工程投運、向家壩—上海±800千伏特高壓直流輸電工程開工，展現了特高壓建設取得的新進展；蘭州東—白銀—寧東、青海官亭—西寧750千伏輸變電工程相繼投運，標志著西北地區(qū)750千伏電網建設取得階段性成果；500千伏貴州施秉至廣東賢令山輸變電工程和500千伏文山—大新—南寧輸變電工程相繼建成投產、500千伏“皖電東送”西通道建成投運、內蒙古送華北電網的汗海—沽源—平安城500千伏輸變電工程建成投運，“西電東送”通道建設快速推進；東北—華北直流背靠背聯網工程竣工投運、世界首個±660千伏西北（寧東）—華北（山東）直流輸電示范工程和西北—華中（四川）直流聯網工程開工，全國跨區(qū)聯網建設加快進行。

長期以來，我國電源、電網投資嚴重失衡，電網投資短板成為制約電力工業(yè)健康發(fā)展的瓶頸。據了解，“八五”、“九五”期間，我國電網投資僅占電力投資的13.7％和37.3％。“十五”期間電網投資只占電力投資約30％，遠遠低于發(fā)達國家電網投資占50％以上比重的平均水平。近年來，電網投資落后于電源投資的局面正在逐步改善，電網投資在電力投資中的比重由2005年的31.1％上升到2007年的44.63％，2008年得益于第四季度加大電網投資措施的落實，全年電網投資比重突破50％，電網電源投資比例發(fā)生逆轉。

二、智能電網 分析

1、概述

智能電網，就是電網的智能化，也被稱為“電網2.0”，它是建立在集成的、高速雙向通信網絡的基礎上，通過先進的傳感和測量技術、先進的設備技術、先進的控制方法以及先進的決策支持系統技術的應用，實現電網的可靠、安全、經濟、高效、環(huán)境友好和使用安全的目標，其主要特征包括自愈、激勵和包括用戶、抵御攻擊、提供滿足21世紀用戶需求的電能質量、容許各種不同發(fā)電形式的接入、啟動電力市場以及資產的優(yōu)化高效運行。

2、投資領域

未來智能電網投資的六大領域：發(fā)電、輸電、變電、配電、用電以及電網調度，六大領域將全面推進。

發(fā)電領域投資重點是風電、光伏并網以及儲能項目，輸電領域投資重點是安全監(jiān)控，變電領域投資重點是智能化變電站，配電領域投資重點是儲能技術、電動汽車充電和配電自動化，用電量領域投資重點用電是智能電表和用電信息采集系統，調度領域投資重點是一體化智能調度體系。

3、 規(guī)劃

我國智能電網將以特高壓電網為主干，通過建設堅強智能電網，提高電網大范圍優(yōu)化配置資源能力，實現電力遠距離、大規(guī)模輸送，滿足經濟快速發(fā)展對電力的需求。智能電網在2020年智能電網總投資規(guī)模接近4萬億元。2009-2010兩年投資約5500億，其中特高壓電網投資830億元；全面建設階段投資約2萬億元，其中特高壓電網投資3000億元；基本建成階段投資1.7萬億元，其中特高壓投資2500億元。

第三節(jié) 產品技術發(fā)展現狀

一、有源濾波器的分類

有源電力濾波器的分類

二、有源濾波器的關鍵技術

1、指令電流運算電路

在有源電力濾波器中，濾波器的補償特性取決于由負載電流中提取諧波的算法，APF的有效性在很大程度上依賴于能否得到真實的反映被補償的諧波分量的參考信號。所以，APF 研究 的關鍵問題之一是找到一種算法，可以從負載電流精確地提取需要被濾除的諧波分量，從而為控制提供參考。諧波檢測環(huán)節(jié)一般不需要分解出各次諧波分量，而是需要檢測出諧波電流或無功電流或它們之和，在三相電流不對稱時，應能檢測出除基波正序有功分量之外的有害電流之和。常見的檢測算法有以下幾種：低通濾波器提取基波分量法、自適應檢測算法、基于Akagi瞬時無功理論的瞬時空間矢量法等。

1）低通濾波器提取基波分量法

最早的諧波電流檢測方法是采用模擬濾波器來實現，即采用陷波器將基波電流分量濾除，或采用帶通濾波器得出基波分量，再與被檢測電流相減得到諧波分量。但所采用的高階濾波器會產生附加相移，造成輸出信號畸變影響補償效果。此外這種方法存在許多缺點，如：難設計、誤差大、對電網頻率波動和電路元件參數十分敏感等，因而已極少采用。目前廣泛采用微處理器等數字器件來實現低通濾波器的檢測算法，要想準確地分離出基波的幅值和相角，對數字濾波器的性能要求很高，設計出的數字濾波器往往都無法達到理想的低通濾波器的效果。

2）基于Fryze時域 分析 的有功分離法

隨著計算機和微電子技術的發(fā)展，開始采用傅立葉 分析 的方法來檢測諧波和無功電流。這種方法根據采集到的一個電源周期的電流值進行計算，最終得出所需的諧波和無功電流。其缺點是需要一定時間的電流值，且需進行兩次變換，計算量大，需花費較多的計算時間，從而使得檢測方法具有較長的延遲，檢測的結果實際上是較長時間前的諧波和無功電流，實時性不好。也可根據Fryze的傳統功率定義來構造檢測方法。但這種方法積分一個周期才能得出檢測結果。

3）基于頻域 分析 的FFT法

該方法是建立在Fourier 分析 的基礎上，因此要求被補償的波形是周期變化的，否則會帶來較大誤差。通過FFT變換將檢測到的一個周期的諧波信號進行分解，得出各次諧波的幅值和相位系數，再將擬抵消的諧波分量進行FFT反變換，即可得到補償信號。其優(yōu)點是可以選擇擬消除的諧波次數，缺點是具有較長時間的延遲實時性較差。

4）自適應檢測法

該方法基于自適應干擾抵消原理，將電壓作為參考輸入，負荷電流作為原始輸入，從負荷電流中減去與電壓波形相同的有功分量，得到需要補償的諧波與無功分量。該自適應檢測系統的特點是在電壓波形畸變情況下也具有較好的自適應能力，缺點是動態(tài)響應速度慢。該方法主要也是針對畸變電流的檢測。

5）瞬時空間矢量法

基于瞬時無功功率理論的瞬時空間矢量法是目前應用最廣泛的一種檢測方法，最早是由日本學者H.Akagi于1983年提出的。

該方法在只檢測無功電流時，可以完全無延時地得出檢測結果。檢測諧波電流時，因被檢測對象電流中諧波的構成和采用的濾波器的不同，會有不同的延時，但延時最多不超過一個電源周期。對于電網中最典型的諧波源，如三相橋整流器，其檢測的延時約為1/6周期?？梢?，該方法具有很好的實時性，基于瞬時無功功率理論的瞬時空間矢量法簡單易行，性能良好，并已趨于完善和成熟，今后仍將占主導地位。

2、補償電流發(fā)生電路

APF工作性能取決于主電路構成元件及其控制系統，當APF主電路確定后，控制方法成為決定其輸出性能和效率的關鍵。補償電流的產生通常采用基于PWM(脈沖寬度調制)的電壓源逆變器(VSI)，其電流控制方法主要有以下幾種。

1）三角載波線性控制。它是一種最簡單的線性控制方法。它以指令電流與實際補償電流之間的差值作為調制信號，與高頻三角載波相比較，從而得到逆變器開關器件所需要的控制信號。其優(yōu)點是動態(tài)響應率及其諧波頻率的高頻畸變分量。

2）滯環(huán)比較控制，它是將指令電流值與逆變器實際電流輸出值之差輸入到具體滯環(huán)特性的比較器，通過比較器的輸出來控制開關的開合，從而達到逆變器輸出值實時跟蹤指令電流值。與三角載波線性控制相比，滯環(huán)比較控制具有開關損耗小，動態(tài)響應快等特點。缺點是系統的開關頻率、響應速度及電流的跟蹤精度會受滯環(huán)寬帶影響。帶寬固定時，開關頻率會隨補償電流變化而變化，從而引起較大的脈動電流和開關噪聲。

3）無差拍控制。這是一種全數字化的控制技術，它利用前一時刻的指令電流和實際補償電流值，根據空間矢量理論計算出逆變器下一時刻應滿足的開關模式其優(yōu)點是動態(tài)響應很快，易于計算機執(zhí)行，缺點是計算量大，且對系統參數依賴性較大。隨著數字信號處理器(DSP)應用的不斷普及，這是一種很有前途的控制方法。

以上控制方法中，基于模擬控制技術的三角載波線性控制法和滯環(huán)比較控制法是目前有源電力濾波器普遍采用的方法，可以通過多重化技術、自適應滯環(huán)等改進措施來克服固有的缺陷，提高其使用效率?；谌珨底只刂萍夹g的無差拍控制法隨著數字信號處理器(DSP)運算速度的不斷提高，也將在有源電力濾波器中得到廣泛的應用。近年來，一些學者又提出了基于內?？刂啤⒒？刂萍吧窠浘W絡控制等的非線性控制方法應用于補償電流產生的方案。這些非線性控制具有良好的應用前景，但在各種負載條件下的補償特性尚需進一步 研究 。

目前，對有源電力濾波器的 研究 越來越廣泛。一方面， 研究 者眾多，不僅有高等院校， 研究 所，而且也有許多電力局、大型企業(yè)等。另一方面， 研究 涉及諧波檢測方法、控制策略、PWM波的形成等有源濾波技術的各個方面，對諧波檢測控制方法和諧波檢測電路的實現方法 研究 尤其活躍，出現了許多新的方法。這些方法都是旨在提高諧波檢測的實時性和檢測精度，因為諧波檢測方法及諧波檢測電路的實時性和檢測精度對有源電力濾波器的濾波性能起著決定性的作用?？梢灶A見，有源電力濾波器的諧波檢測、控制方法和諧波檢測電路的實現方法的 研究 將會成為熱點和重點。

第四節(jié) 產品工藝特點或流程

有源濾波器通過實時地檢測負荷電流，并將所測量的諧波在高性能的控制器中處理，輸出負荷中諧波信號，用于控制PWM(脈寬調制)的IGBT功率模塊，并通過線路電抗器注人反相位的諧波電流，精確地把諧波電流互相抵消。

有源濾波器由運算放大器、負電阻、負電容、負電感、頻率變阻器（FDNR）、廣義阻抗變換器（GIC）、負阻抗變換器（NIC）、正阻抗變換器（PIC）、負阻抗倒置器（NII）、正阻抗倒置器（PII）、四種受控源、病態(tài)元件極子和零子等有源元件組成。

有源電力濾波器按供電的類型可分為交流有源電力濾波器和直流有源電力濾波器。從與負載聯接形式的角度可分為并聯型有源電力濾波器和串聯型有源電力濾波器兩大類。

有源濾波器的設計制造在國內外均處于一個較初步階段。國內外生產和研發(fā)該產品的公司很少。國外技術核心的研發(fā)，以及設備元件的生產、裝配和測試均在國外完成。目前國內的理論方面 研究 較多，產品離工業(yè)化、產品化還有一段距離。

第五節(jié) 國內外技術未來發(fā)展趨勢 分析

隨著我國對電能質量治理工作的日益重視，有源電力濾波器作為凈化電網污染、改善供電質量的一種有效裝置，有著廣闊的應用前景。

綜合現階段國內外對APF的 研究 和應用，可看出其有如下發(fā)展趨勢：

1、采用混合型有源電力濾波系統，減小裝置的容量以達到降低成本和提高效率的目的；

2、隨著電力電子器件的發(fā)展、微機控制技術的完善、數字信號處理器(DSP)運算速度的提高以及補償控制策略的不斷改進，將會逐步實現濾波器控制系統的簡化與數字化，進一步提高裝置的可靠性；

3、隨著諧波檢測算法向智能化、多功能實用化發(fā)展，APF將會實現多功能化，不僅可以補償系統諧波，還可以補償無功電流，抑制閃變，穩(wěn)定系統電壓等；

4、對諧波理論的進一步 研究 ，完善現有的諧波檢測理論體系并建立新體系，提出新的檢測方法和控制策略，進一步發(fā)展在線測量諧波電流的技術和產品。

治理電力系統污染，減少和消除電網的諧波危害，維護“綠色”的電網環(huán)境，成為電力電子技術、電氣自動化技術及電力系統 研究 領域所面臨的重大課題。

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