摘 要 随着我国对电网谐波污染治理的日益重视，“绿色电力电子”的呼声愈来愈高，电力有源滤波器得到广泛应用。本文介绍电力有源滤波技术的基本原理与分类、几种已被提出的主要控制策略，以及APF技术的国内外发展状况及应用中应考虑的一些问题。
关键词 有源滤波器 指令电流 补偿电流 应用
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、高效和巨大利益的同时，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遍应用，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。
本文首先简要介绍电力有源滤波技术的基本原理和分类；然后着重介绍电力有源滤波器中的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，以期引起大家对电力有源滤波器推广应用的兴趣。
1 电力有源滤波器的基本原理
图1所示为最基本的电力有源滤波器系统构成的原理图。图中，Us表示交流电源，负载为非线性负载，它产生谐波并消耗无功功率。
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和基波无功电流分量iLq，然后将其反极性作用后产生补偿电流的指令信号 。电流跟踪控制电路的功能是根据主电路产生的补偿电流ic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ic。
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，也将促进更多的电流型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形进行“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。
2 电力有源滤波器的分类
(1)按电路拓扑结构分类，电力有源滤波器可分为并联型、串联型、串并联型和混合型。
图1所示即为并联型APF。它主要适用于电流源型非线性负载的谐波电流抵消、无功补偿以及平衡三相系统中的不平衡电流等。目前并联型APF在技术上已较成熟，它也是当前应用最广泛的一种APF拓扑结构。
并联型APF除了以逆变器作为补偿电路的结构外，近年又提出了分别以开关电容滤波器，“T”形滤波器或调压器为补偿电路的新结构。这些新电路结构的突出优点是产生的补偿电流中高频谐波较少，电磁兼容性能较好。但目前它们还只适用于单相电路补偿。
图2所示为串联型APF的基本结构。它通过一个匹配变压器，将APF串联于电源和负载之间，以消除电压谐波，平衡或调整负载的端电压。与并联型APF相比，串联型APF损耗较大，且各种保护电路也较复杂。因此，很少研究单独使用的串联型APF，而大多数将它作为混合型APF的一部分予以研究。
图3所示为混合型APF的基本结构。它是在串联型APF的基础上使用一些大容量的无源L-C滤波网络来承担消除低次谐波，进行无功补偿的任务，而串联型APF只承担消除高次谐振及阻尼无源LC网络与线路阻抗产生的谐波谐振的任务。从而使串联型APF的电流、电压额定值大大减少(功率容量可减少到负载容量的5%以下)，降低了APF的成本和体积。从经济角度而言，这种结构形式在目前是一种值得推荐的方案。但随着电力电子器件性能的不断提高，成本不断下降，混合型APF可能被下面一种性能价格比更高的APF代替。
图4所示为串并型APF的基本结构。它组合了串联APF和并联APF的优点，能解决电气系统发生的大多数电能质量问题，所以又称之为万能APF或统一电能质量调节器(UPQC)。该类APF尚处在试验阶段，当前它的主要问题是控制复杂、造价较高。
(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上。当负载功率较大时可用四桥臂的逆变器，将第四桥臂单独用于补偿中线。为了实现三相独立调节，还可使用更复杂的三个单相桥式逆变器进行分别补偿。
有源线路调节器是向电网中的某个(或几个)优选节点注入消谐波补偿电流，以达到在一定范围内的电网的电能质量综合治理。目前更高层次的电力有源滤波技术在国外尚处于研究阶段。
3 电力有源滤波器的控制
如上所述，电力有源滤波器的控制主要是指令电流的运算和补偿电流的产生。
(1)指令电流的运算。指令电流ic的运算方法主要有以下几种：
①基于频域运算的方法：这是最早应用于指令电流运算的一类方法。其基本思想是用频域滤波的方法
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