电力有源滤波器技术发展状况及问题探讨

随着大功率开关器件的日益广泛应用，电力系统谐波抑制及无功补偿问题变得日益迫切，电力有源滤波技术是解决上述问题的有效手段。本文简要介绍电力有源滤波技术的原理、分类和控制策略，并对电子有源滤波技术的国内外发展状况和应用中应考虑的一些问题作一些简要介绍。

1引言

电力电子技术是未来科学技术发展的重要支柱，有人预言：电力电子技术连同运动控制将和计算机技术一起成为21世纪最重要的两大技术。然而，电力电子技术带来方便、高效的巨大利益的同时，它的非线性、冲击性和不平衡用电特性，也给公用电网的供电质量造成严重污染，对公用电网注入大量的谐波和无功功率。另一方面，随着以计算机为代表的大量敏感设备的普及应用，人们对公用电网的供电质量要求越来越高，对电网中的谐波含量及用电设备的功率因数提出了更严格的要求。

传统的谐波抑制和无功补偿方法是无源滤波技术，即使用由电力电容器等无源器件构成无源滤波器，该无源滤波器与需补偿的非线性负载并联，为谐波提供一个低阻通路的同时也提供负载所需要的无功功率。虽然无源滤波器具有简单、方便的优点，但它也存在如下缺点：

①只能抑制固定的几次谐波，并对某次谐波在一定条件下会产生谐振而使谐波放大；

针对无源滤波技术的上述缺点，1976年，L·Gyugi提出用PWM逆变器构成“电力有源滤波器”(activepowerfilter,简称APF)。80年代以后，由于电力电子器件及其控制技术的发展，APF技术的发展逐步走向成熟，在国外已得到广泛应用。与无源滤波器相比，APF具有高度可控制和快速响应特性，并且能跟踪补偿各次谐波、自动产生所需变化的无功功率，其特性不受系统影响，无谐波放大危险，相对体积重量较小等突出优点，因而已成为电力谐波抑制和无功补偿的重要手段。APF的推广应用也必将给我国电力工业带来巨大的经济效益和社会效益。

本文首先简要介绍电力有源滤波技术的基本原理和分类：然后着重介绍APF中已提出的几种主要控制策略；最后，对APF技术的国内外发展状况及应用时应考虑的一些问题作简单介绍，以便引起大家对APF推广应用的兴趣。

2电力有源滤波器的基本原理

电力有源滤波器系统主要由两大部分组成，即指令电流运算电路和补偿电流发生电路(由电流跟踪控制电路、驱动电路和主电路三部分构成)。

指令电流运算电路的功能主要是从负载电流iL中分离出谐波电流分量iLh和基波无功电流iLg，然后将其反极性作用后发生补偿电流的指令信号ic=(iLh＋iLq)。电流跟踪控制电路的功能是根据主电路产生的补偿电流ico应跟踪ic的原则，计算出主电路各开关器件的触发脉冲，此脉冲经驱动电路后作用于主电路，产生补偿电流ico，由于ic≈ico,所以

iS=iL＋ic=iL＋ico

=iL－（iLh＋iLq）=iLp即电源电流iS中只含有基波的有功分量iLp，从而达到消除谐波与进行无功补偿的目的。根据同样的原理，电力有源滤波器还能对不对称三相电路的负序电流分量进行补偿。

电力有源滤波器的主电路一般由PWM逆变器构成。根据逆变器直流侧储能元件的不同，可分为电压型APF(储能元件为电容)和电流型APF(储能元件为电感)。电压型APF在工作时需对直流侧电容电压控制，使直流侧电压维持不变，因而逆变器交流侧输出为PWM电压波。而电流型APF在工作时需对直流侧电感电流进行控制，使直流侧电流维持不变，因而逆变器交流侧输出为PWM电流波。电压型APF的优点是损耗较少，效率高，是目前国内外绝大多数APF采用的主电路结构。电流型APF由于电流侧电感上始终有电流流过，该电流在电感内阻上将产生较大损耗，所以目前较少采用。但是电流型APF由于开关器件不会发生直通短路现象，随着超导储能磁体研究的进展，也将促进多功能电流型APF投入实用。

从上述原理可以看出，电力有源滤波器是运用瞬时滤波形成技术，对包含谐波和无功分量的非正弦波进行“矫正”，这与基于稳态频谱的“滤波”概念已有很大的不同，而类似于自适应滤波技术中的“干扰抵消器”。因此，电力有源滤波器有很快的响应速度，对变化的谐波和无功功率都能实施动态补偿，并且其补偿特性受电网阻抗参数影响较小。

3电力有源滤波器的分类

(1)按电路拓朴结构分类，电力有源滤波器可分为并联型、串联型、串－并联型和混合型。

(2)按电源类型分类，APF可分为单相APF、三相三线制APF、三相四线制APF及有源线路调节器(APLC)等。

三相四线制APF主要是为了补偿电源中线上的电流谐波、无功功率及三相之间的不平衡问题。当功率额定值较小时，其主电路可直接采用三相逆变器，而将直流侧电容中点联接到电源中点