有源电力滤波器的一般原理及应用

_L，按线性叠加原理，当基波无功已被校正或不用校正时，Z_L为正实数。如图3，Z_S、Z_F即电网和滤波支路的等效谐波阻抗。

    谐波抑制目标随不同应用场合而不同。但一般以抑制非线性负载产生的谐波电流I_Lh对电网支路的污染（用电网谐波电流I_sh征表）和电网的谐波电压V_sh对负载的影响（用负载侧谐波电压V_Lh征表）为目的，即

    式（3^′）的第1项表示非线性负载产生的谐波电流对电网的传递，第2项表示由电网谐波电压产生的谐波电流。而式（4^′）中第1项表示电网谐波电压对负载的影响，而第2项表示了负载谐波电流产生的谐波电压。
　　按谐波抑制系统的目标。理想情况是式（3^′）（4^′）→0，亦即式（5）～（8）均趋于0。从支路阻抗的观点，可采用的技术途径有：①增大网侧等效谐波阻抗Z_s；②减小滤波支路等效谐波阻抗Z_F；③增大Z_s与减小Z_F相结合的综合方案。
　　途径①、②理论上是欠完善的。比如，仅使网侧等效阻抗Z_s增大为∞，如果滤波支路阻抗Z_F过大，则在负载侧，仍将因负载谐波电流而引起极大的谐波电压。再如，仅滤波支路等效谐波导纳Y_F增大为∞，而电网支路阻抗一般极小，因此，系统对电网谐波电压十分敏感，容易谐振。
　　途径③，称为混合方法，它同时增加电网支路阻抗和减小滤波支路阻抗，是一种较为完善的方法，其4个传递函数H_I（s）、Z_L（s）、H_V（s）和Y_s（s）都将趋于零（对谐波）。因而，理论上对阻止谐波电压和谐波电流在电网和负载之间的传递都有效。而且，网侧谐波电压在系统中不产生谐波电流，负载侧谐波电流在负载端产生的谐波电压也较小。
　　当采用无源的方法实现上述途径时，即目前实际应用中的主流，如串入电抗器，并联的LC滤波器等。无源滤波有诸多不足^［3，7］，电力电子及相关技术的发展，近年来出现了各种有源电力滤波器^［1～9］。当至少一个有源单元被采用时，其滤波系统称为有源电力滤波（APF）。
　　并联APF被认为是APF的最基本结构^［1～3］；自1986年H．Akagi等人提出基本并联APF后，虽有许多变种，如T．A．Torry的闭环方案、M．Takeda的APF与无源滤波器（PF）相并联方案等。但它们都是产生一个与某支路（如L、S）的谐波电流幅度及相位相关的受控电流，达到减小或抵消电网谐波电流的目的。从受控源变换支路阻抗的基本原理来看，实现为CCCS的并联APF，如图4。

　　串联有源电力滤波器，是1988年F．Z．Peng等人提出的、有较多优势的一种结构，在用并联PF的同时，采用一个串联的CCVS，增大电网支路谐波阻抗（到有限值），而对基波阻抗为0，可表示为图5；1990年，H．Fujita等人提出将APF与PF相串联后的并联滤波方案。虽CCVS在PF支路，但等效为F．Z．Peng方案。