图3 串-并联型APF
Fig.3 Series-parallel type APF
由于APF造价高，运行损耗大，容量受到限制，将无源滤波器与有源滤波器组合起来，构成混合型有源滤波器在目前无疑是一种较好的方案［8］。但从长远角度看，随着电力电子元件成本不断下降，它将被性价比更高的串—并联有源滤波器所代替。
b.按APF中逆变器直流侧储能元件的不同，APF又可分为电压型APF（储能元件为电容）和电流型APF（储能元件为电感）。与电流型APF相比，电压型APF损耗较小、效率高，因此目前国内外绝大多数APF都采用电压型逆变器结构。随着超导储能技术的不断发展，今后可能会有更多电流型APF投入使用。
c.此外还有一种如图4 所示的有源滤波装置——有源线路调节器(active power line conditioner，缩写为APLC)，其结构与APF相似，因此过去很多文献上都将APLC等同于APF。其实，从原理上看，与APF的单节点谐波抑制相比较，APLC是向网络中某个(几个)优选节点注入消谐补偿电流，通过补偿电流在网络中一定范围内流动，实现该范围内所有节点谐波电压的综合抑制。由于APLC代表的是谐波治理的一种更高层次，不应将两者等同。
图4 APLC原理图
Fig.4 The principle diagram of APLC
目前，国外APLC的应用还处在研究和试验阶段，实时确定补偿电流、优选补偿节点、在线测量谐波等技术难点限制了APLC的应用［14～16］。
3 APF的控制策略
APF的控制主要由谐波信号的检测和补偿分量的产生两大部分组成。由图5可见，APF通过检测电路检测出电网中电流电压的畸变部分，然后采用某种控制方式控制功率电路产生相应的补偿电流分量，并注入到电网中，以达到消谐的目的。
图5 APF原理图
Fig.5 The principle diagram of APF
3.1 谐波信号的检测
谐波信号的检测主要有以下几种方法。
3.1.1 提取基波分量法
该法是最早被采用的谐波电流检测方法，其原理是在检测到的信号中提取出基波分量，它与原信号之差就是所需补偿的谐波，通常可采用带通滤波器实现。但所采用的高阶滤波器会产生附加相移，造成输出信号畸变，影响补偿效果。此外，这种方法还存在设计困难、误差大、对电网频率波动和电路元件参数较敏感等缺点，因而目前已较少采用。近年来，有文献介绍利用小波变换技术提取基波分量［17］，其具体效果如何还需深入研究和探讨。
3.1.2 瞬时空间矢量法
基于瞬时无功功率理论的瞬时空间矢量法是目前APF中应用最广的一种检测方法，最早是由日本学者H.Akagi于1984年提出的，经过不断改进，现包括p-q法［6］、ip-iq法［18］以及d-q法［19］。其中，p-q法适用于电网电压对称且无畸变情况下谐波电流的检测；ip-iq法不仅在电网电压畸变时适用，在电网电压不对称时也同样有效；而基于同步旋转坐标变换的d-q法可在电网电压不对称、畸变情况下精确地检测出谐波电流［19，20］，其优点是当电网电压对称且无畸变时，各电流分量（基波正序无功分量、不对称分量及高次谐波分量）的检测电路比较简单［19］。
3.1.3 基于FFT的数字化分析法［21］
该方法是建立在Fourier分析的基础上，因此要求被补偿的波形是周期变化的，否则会带来较大误差。通过FFT将检测到的一个周期的谐波信号进行分解，得各次谐波的幅值和相位系数，将拟抵销的谐波分量通过带通滤波器或傅里叶变换器得出所需的误差信号，再将该误差信号进行FFT反变换，即可得补偿信号。其优点是可以选择拟消除的谐波次数，缺点是具有较长的时间延迟，实时性较差。
3.1.4 自适应检测法［22］
该方法基于自适应干扰抵消原理，将电压作为参考输入，负载电流作为原始输入，从负载电流中消去与电压波形相同的有功分量，得到需要补偿的谐波与无功分量。该自适应检测系统的特点是在电压波形畸变情况下也具有较好的自适应能力，缺点是动态响应速度较慢。在此基础上，文献［23］提出一种基于神经元的自适应谐波电流检测法。
从以上检测方法看，基于瞬时无功功率理论的瞬时空间矢量法简单易行，性能良好，并已趋于完善和成熟，今后仍将占主导地位。基于神经元的自适应谐波电流检测法和小波变换检测法等新型谐波检测方法能否应用于工程实际，还有待进一步验证。
3.2 补偿电流的产生
补偿电流的产生通常采用基于PWM的电压源逆变器(VSI)，从采用的电流控制方法看，主要可分为以下3种。
3.2.1 三角载波线性控制
三角载波线性控制(triangle wave-linear control)是最简单的一种控制方法。通过将检测环节得到电流实际值与参考值之间的偏差与高频三角载波相比较，所得到的矩形脉冲作为逆变器各开关元件的控制信号，从而在逆变器输出端获得所需的波形。该方法的优点是动态响应好，开关频率固定，实现电路简单，缺点是输出波形中含有与三角载波相同频率的高频畸变分量，开关损耗较大，在大功率应用中受到限制。
3.2.2 滞环比较控制
滞环比较控制(hysteresis control)［24］是将补偿电流参考值与逆变器实际电流输出值之差输入到具有滞环特性的比较器，通过比较器的输出来控制开关的开合，从而达到逆变器输出值实时跟踪补偿电流参考值。与三角载波线性控制相比，滞环比较控制具有开关损耗小、动态响应快等特点。缺点是系统的开关频率、响应速度及电流的跟踪精度会受滞环带宽影响。带宽固定时，开关频率会随补偿电流变化而变化，从而引起较大的脉动电流和开关噪声［25］。
3.2.3 无差拍控制
无差拍控制(deadbeat control)［26］是一种在电流滞环比较控制技术基础上发展起来的全数字化控制技术。该方法利用前一时刻的补偿电流参考值和实际值，计算出下一时刻的电流参考值及各种开关状态下逆变器电流输出值，选择某种开关模式作为下一时刻的开关状态，从而达到电流误差等于零的目标。该方法的优点是能够快速响应电流的突然变化。缺点是计算量大，而且对系统参数依赖性较大。近年来不断有新的改进方法出现［27，28］。
3种方法中，基于模拟控制技术的三角载波线性控制法和滞环比较控制法是目前APF中普遍采用的方法，可通过多重化技术、自适应滞环带等改进措施来克服其固有的缺陷，提高其使用效率。相对而言，基于全数字化控制技术的无差拍控制法在APF中的应用还较少，但随着微机控制技术的不断发展以及数字信号处理器(DSP)运算速度的不断提高，其将在APF中得到进一步的应用。
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