圖1 有源濾波器的結構
3 有源濾波器的拓撲結構及其應用
根據電力有源濾波器接入電網的方式，可將其系統構成分為三大類，即并聯型[2-4]，串聯型[5,6]和混合型[7]。
3.1 并聯型有源濾波器
一般情況下，并聯型有源濾波器有三種使用方式，單獨使用方式、與PF混合使用方式以及注入電流方式。
3.1.1 并聯APF單獨使用方式
圖2為單獨使用方式的并聯型有源濾波系統的構成拓撲。它是有源濾波器中最基本的形式，它可產生與負載諧波大小相等，方向相反的補償電流，從而將電源側電流補償為正弦波。并聯型有源濾波器主要用于感性電流源型負載的補償，它也是工業上已投入運行最多的一種方案，但由于電源電壓直接加在逆變橋上，因此對開關元件的電壓等級要求高；負載諧波電流含量高時要求這種APF的容量必須很大，同時具備大的補償容量和寬的補償頻帶比較困難。
圖2 單獨使用的并聯APF
3.1.2 與PF混合使用方式
為克服單獨使用時面臨的缺點，并聯型APF常常與PF混合使用。就與PF混合使用的形式來說又可分為兩種：一種是有源電力濾波器與無源濾波器并聯；另一種是有源電力濾波器與無源濾波器串聯。圖2(a)是并聯型APF與PF并聯的結構圖。APF與PF并聯接入電網，共同承擔補償諧波的任務。PF主要補償較高次的諧波，是一個高通濾波器，它一方面用于消除補償電流中因主電路中器件通斷而引起的諧波，另一方面它可濾除補償對象中次數較高的諧波，從而可降低對APF主電路中器件開關頻率的要求。圖3(b)為并聯型APF與PF串聯使用的結構圖，該方式中，APF的用于改善PF的濾波特性，克服PF易受電網阻抗影響和易與電網阻抗發生諧振缺點。而諧波和無功主要由PF補償，而這種方式中，APF不承受交流電源的基波電壓，因此裝置容量比較小。并聯混合型有源電力濾波器具有安裝、維護簡單的優點， 可以直接在已有的無源濾波器上進行改造， 因此并聯混合型電力有源濾波器的使用最為廣泛。
3.1.3 注入電路方式
注入電路方式又可分為與LC串聯諧振注入電路方式和與LC并聯諧振注入電路方式兩種。這種方式可降低APF的容量，它是用電感和電容構成注入回路，利用電感電容電路的諧振特性，使得APF只需承受很小部分的基波電壓，從而使APF 容量減小。
3.2 串聯型有源濾波器
串聯型APF的包括單獨使用方式和與無源濾波器混合使用方式兩種。串聯型APF的結構圖如圖4。這種裝置相當于一個電壓控制電壓源，通過對電源電壓中的諧波分量的檢測，產生與之相反的附加電壓信號，從而實現系統與諧波的隔離，使電源端電壓恢復正弦波形。這種方式的特點是有源濾波器作為電壓源串聯在電源和基波源之間，它主要用于消除帶電容二極管整流電路等，電壓型諧波源負載對系統的影響，以及系統側電壓諧波與電壓波動對敏感負載的影響。
與并聯型APF相比，由于串聯型APF中流過的是正常負荷電流，因此損耗較大；此外，串聯型APF的投切，故障后的退出及各種保護也較并聯APF復雜。因此，目前應用較多的是串聯型APF與PF混合使用方式。圖5為這種方式的典型系統結構。該方案的特點是諧波基本由PF補償，而APF作用只是改善PF的濾波特性。
3.3 混合型有源濾波器
混合型是指串聯APF和并聯APF的混合使用。如圖6，串聯的APFI將電源與負載隔離，阻止電源諧波電壓傳入負載端，同時也阻止了負載中的諧波電流污染電網；并聯的APFII則提供了一個低阻抗的諧波電流支路，用于吸收負載中的諧波電流，阻止負載中的諧波電流在電源端產生額外的諧波電壓。
這種混合型APF結合了串聯型APF和并聯型APF的優點，又稱為統一電能質量調節器(UPQC)。混合型APF結構的主要缺點是控制方法復雜，成本較高。
4 有源濾波器的發展趨勢
有源濾波器是改善供電質量，凈化電網污染的一種有效裝置，自從七十年代提出以來，有源濾波技術得到了長足的發展，越來越多的APF投入了運行，無論從現實功能還是運行功率上都有明顯進步。目前，APF已經運用在提高電能質量，解決三相電力系統中終端電壓調節，電壓波動抑制，電壓平衡改善以及諧波消除和無功補償等問題上。從近年來的研究和應用[1-8]可以看出，有源濾波器的發展前景如下：
1)隨著新型能源的發展，有源濾波器的運用范圍得到極大擴展。特別是新型能源發電后并入電網時，有源濾波器可減少其對電網產生危害，如文獻[8]介紹了一種可運用于太陽能發電的有源濾波器。
2)從成本和效率，以及擴大容量來說，APF與PF混合使用的有源濾波器系統將得到更加廣泛得運用。
3)有源濾波器裝置的多功能化也是其發展的一個方向。APF在消除高次諧波的同時，提高電力系統的穩定性，抑制閃變和補償無功。這樣既符合電力系統發展的需要，又從功能上降低了裝置得成本。
5 結束語
本文在介紹有源濾波器的工作原理的基礎上，分析了各種有源濾波器的結構特點，總結了有源濾波器的發展現狀，展望了有源濾波器的發展趨勢。
隨著我國電力事業的發展，電能質量的要求將不斷提高，利用有源濾波進行電能質量治理有著巨大的市場潛力。特別在補償諧波、無功功率、中線電流、不平衡電流等方面，有源濾波技術必將擁有更加廣闊的前景。
參考文獻
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