提高电网功能质量的抗干扰技术

的功率半导体开关，把直流电压变换成交流电压。虽然，为合成交流电压能施加每半周的单脉冲，但对大部分应用中要求的动态性能，今天普遍采用的是脉宽调制(PWM)。

图1 电压源逆变器的APF拓扑

为产生任意波形的交流电压，将PWM技术应用到直流母线电压斩波的电压源逆变器上。现有很多能组成正弦波或任意波形的PWM技术，利用PWM技术，不仅允许控制逆变器作为电压源，也可作为电流源以控制滤波器的交流输出。图2为所利用的最普通的三角载波(TC)技术，这是最简单的线性控制方法，是将有固定幅值的和固定三角波的输出电流误差进行比较。迫使开关周期内的输出电压Va限定于Vcar的载波周期内，并等于调制波Varef的平均幅值。正弦调制波的合成电压含正弦基波分量Va(f)和不希望的谐波分量，利用尽可能高的频率载波，可使这些不想要的谐波成分减到最小，但这取决于半导体功率器件(IGBT、 GTO或IGCT)的最大开关频率。

图2 PWM载波技术(三角载波)

与传统的无源LC滤波器相比，APF具有以下优点:

　　(1) 对各次谐波和分数谐波均能有效抑制，且可提高功率因数;

　　(2) 作为高次谐波电流源，不受系统阻抗的影响;

　　(3) 无谐振现象，系统的结构、阻抗及频率的变化不会影响补偿效果;

　　(4) 原理上比LC滤波器更优，起用1台装置就能完成各次谐波和基波无功的补偿，还可抑制闪变，有1机多能的特点，性价比较合理;

　　(5)即使高次谐波的频率变化也能准确地补偿;

　　(6)由于装置本身能完成输出限制，故当高次谐波量增大时也不会过载。其主要特点是能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，且补偿特性不受系统阻抗的影响，具有自适应功能。同时对变化的无功功率有较好的预想补偿效果。因此，APF是今后谐波抑制的首选方案。

APF大体上可分为并联型和串联型，串联型适合补偿电压型谐波源负荷;并联型只适合补偿电流型谐波源负荷。此外还有并联和串联组合的并－串结构，而且在很多情况下还会与无源LC滤波器混合使用，以取得更好的综合效果。

4.1 并联APF

图3所示为并联型APF产生的补偿电流，利用了电流源逆变器三种不同的调制技术，分别为周期采样(PS)、三角载波(TC)和滞环控制(HB)。PS法是在固定(采样)频率的方波时钟转移时，APF的功率晶体管开关动作。TC法利用一个三角波和高次谐波比较，从而得到不同时刻逆变器的开关状态。此法的响应速度较快，但开关频率不固定且较高，产生噪音和较大的开关损耗与高频失真。HB法则是给定一个允许容差带，只要高次谐波的大小超过这个容差带，逆变器开关动作。但开关频率、损耗及控制精度均受容差带宽度的影响，容差带宽越小，控制的精度越高。当然，开关频率和开关损耗也加大了。通常，HB可获得较好的控制性能，它兼有快速响应和简单易行的特点而被广泛使用。图3显示HB法是这一特定波形与应用中最好的方法，但在要求正弦波形时，TC法较优。

图3 不同调制技术下的电流波形

带自控直流母线的并联APF，有一类似于静态补偿器(STATCOM)的拓扑，STATCOM是用于电力系统中补偿无功功率的。并联的APF，以注入相等而反向的谐波电流对负荷电流的谐波进行补偿。此时，并联APF是作为注入谐波分量的电流源而工作的，谐波分量由负荷产生，但已移相180o。图4为并联 APF的接线图，图5表示APF补偿的工作原理。为能输出图5所示滤波器电流波形的IF，需要设置图4中的控制电路，以便产生图6所示的Vfab脉宽调制电压图。

图4 并联型APF的拓扑

图5 产生的滤波器电流用以补偿负荷电流谐波

图5中:is为电网电流;iL为负荷电流;iF为补偿电流;iL＝基波分量iL1+高次谐波分量iLh+无功分量iLq。

图5中各电流满足关系式:is=iF+iL，如果由APF提供的补偿电流iF=-iLh-iLq，则is=iL1，即电网电流只含基波分量，起到滤波作用。并联型APF主要适用于电流型非线性负荷谐波电流的抵消以及补偿无功和三相不平衡等。

图6 为补偿负荷谐波的电流波形和PWM电压

4.2 串联APF

串联型APF是从1980年未引用于电网的，它主要作为电压调节器及电网与非线性负荷之间的谐波隔离器而工作的。图7为串联APF的接线图，通过匹配变压器将APF串联于电源和负荷之间，以消除电压谐波、平衡或调正负荷的端电压，可确保用户供电的电压质量，尤其适合于补偿交流电源及小功率应用中的电压不平衡与电压的下陷。因不需能量贮备(蓄电池)，元器件的总定额较小，对UPS更为经济有效。串联APF注入与电源电压串联的电压分量，故可视为一可控的电压源，补偿负荷侧的电压下陷和上凸。但串联型APF损