4 “无源”与“有源”的原理比较
4．1 “无源”与“有源”滤波器的历史渊源
所谓“滤波器滤去电力谐波”的概念，源于“富氏变换”的数学手段，而非其物理本质，其物理本质是解决1927年首先提出的电压波形“畸变”问题——工频正弦波的扭曲畸变。这样，滤波器的目的或功能即在于对畸变的正弦波进行“滤除”或“整形”使其恢复原貌——标准工频正弦波。前者即20世纪30年代发展起来的传统的“无源”滤波器（PPF，本文简称PF），将畸变的工频正弦波按富氏级数分解成基波（50Hz），及100 Hz、150 Hz、250 Hz……等各次谐波成份，然后采用LC串联谐振的原理将谐波成分“滤除”；而后者即20世纪80年代以来，随着动力电子学及元件（GTR，GTO，IGBT等）的发展而推出的“有源”滤波器（APF，本文简称AF），1971年日本学者SaSaKa首先提出了直接用电力电子设备产生一个整形矫正波将畸变了的工频正弦的畸变部分抵消掉的滤波新概念，1976年由美国西屋公司L·Gyugyi率先研制出800kVA的AF（美国每年因谐波、负序等公害的损失超过200亿美元，故对谐波等公害的治理特别重视），由于AF的造价太高，且建立在日本赤木学者的瞬时虚无功功率新概念基础上的检测控制技术，虽然大大促进了有源AF的发展，但在实际应用中尚存在不少问题，因而限制了它的发展，被迫走出了一条以“无源”PF为主，“有源”AF为辅的组合式滤波器（HAPF）的设计思路，并于1986年首次将一套6 600 kvar无源PF加900 kvar有源AF的组合滤波器（HAPF）用于轧机整流拖动系统，两年后的1988年，Peng等学者又提出了串联有源AF加并联无源PF的混合型式，并于1991年在日本首次将20 Mvar无源PF加20 Mvar有源AF用于电弧炉炼钢进行谐波及闪变抑制。20世纪末，又进一步提出了IGBT＋SPWM逆变技术的有源滤波器，并利用“多重化技术”将“有源”AF从低电压扩张到中电压领域，但进入21世纪后，仍因为AF的某些技术难点尚未完全攻克，加之每kvar的造价大大高于“无源”PF，所以目前钢铁、冶金、石油、化工、矿山、机械、地铁、电铁、原子能、磁悬浮列车等工业领域的谐波治理仍以无源PF为主，PF＋AF的组合滤波器（HAPF）也逐步发展起来。
国内有源AF的研制始于20世纪80年代中期，清华、浙大、西交大、哈工大、华北电力大学等高校相继开展理论研究、仿真试验。1987年华北电力科学研究院正式立项研制，1989年该院与北京供电局、冶金部自动化所合作研制AF，于1990年研制出20 kVA样机，1991年12月中国第一台400 V50 kVA有源滤波器AF在北京某中心变电站投入运行，于1992年通过了能源部冶金部鉴定，填补了国内空白，达到20世纪80年代末国际水平，1994年荣获电力部科技进步二等奖。进入21世纪，华北电力科学研究院AF科研组（国家电力科研项目组），又将AF的容量提高到10 kV480 kVA。本文即在采用以“无源”为主，“有源”为辅的组合滤波方式这一基本设计思路的指导下为综合治理电铁谐波而撰写的。
