并联型有源电力滤波器

上述原理可用以下一组公式描述：
（3-1）
（3-2）
（3-3）
（3-4）
如果要求有源电力滤波器在补偿谐波的同时，补偿无功功率，则只需要在补偿电流的指令信号中增加负载电流的基波无功分量反极性电流成分即可。这样，补偿电流与负载电流中的谐波和无功相抵消，电源电流等于负载电流的基波有功分量。
因此可以总结出有源电力滤波器的一些特点：
在我国，有源电力滤波器的研究起步较晚，但得到了学术界、政府和企业界的充分重视，开始加速发展。但目前有源电力滤波器在国内的实际应用并不多，这与我国日益严重的谐波污染很不适应，阻碍该技术广泛应用的因素主要是：
（1）与无源滤波器相比，有源电力滤波器设备的初期费用偏大。但随着电力电子技术的不断成熟，设备的费用将会大幅下降。
（1）降低装置的价格，提高性价比。从经济角度考虑，当前大功率滤波装置可采用与无源滤波器并联使用的混合型滤波系统，以减少APF容量，达到降低成本、提高效率的目的。从长远来看，大容量变流器应用于变频、调速系统使其价格必然下降，同时随着半导体器件制造水平的的提高，尤其是IGBT的广泛应用，串、并联APF由于其功能强大、性价比高，必将得到大规模的使用。
图3-1有源电力滤波器系统原理框图
图中，非线性负载为谐波源，它能产生谐波并消耗无功。由图中可以看出，有源电力滤波器由三大部分组成，分别是电流检测电路、控制电路和补偿电流发生电路。电流检测电路的功能是检测补偿对象中的谐波和无功等电流分量；控制电路的作用是将检测出来的电流分量进行转换来控制补偿电流发生电路产生补偿电流；补偿电流发生电路主要是根据控制电路的信号产生实际的补偿电流。目前有源电力滤波器主电路均采用PWM变流器。
（2）补偿装置的数字化、智能化合多功能化，提高系统的集成度和可靠性，增加滤波器功能，使其除了补偿谐波电流外，还可以抑制电压闪变和电压不平衡，具备综合补偿功能。
（3）通过采用PWM调制和可提高开关器件开关等效频率的多重化技术，实现对高次谐波的有效补偿。
（4）提出新的谐波电流检测理论、新的主电路拓扑结构、新的控制策略，来提高滤波系统的性能，降低有源滤波器的成本。
1971年H.Sasaki和T.Machida发表的论文中，首次完整的描述了有源电力滤波器的基本原理。即利用可控的功率半导体器件向电网注入与原有谐波电流幅值相等、相位相反的电流，以抵消电源的谐波电流，达到实时补偿谐波电流的目的。但由于当时是采用线性放大的方法产生补偿电流，其损耗大、成本高，因而仅处在实验室中研究的阶段，未能在工业生产中应用起来。
（1）实现了动态补偿，可对频率和大小都变化的谐波和变化的无功进行补偿，对补偿对象的变化具有快速响应功能。
（2）可同时对谐波和无功进行补偿，且补偿的无功大小可以进行连续调节。
（3）补偿无功时不需要储能元件，补偿谐波时所需储能元件容量较小。
（4）即使补偿对象电流ຫໍສະໝຸດ 大，有源电力滤波器也不会发生过载，并能正常发挥补偿作用。
1976年，L.Gyugyi等人提出了采用大功率晶体管PWM控制变换器构成的有源电力滤波器，正式确立了有源电力滤波器的概念、主电路基本拓扑结构和控制方法。从原理上看，PWM变流器是一种理想的补偿电流发生电路，但是由于当时电力电子技术的发展水平还不够高，全控型器件功率小、频率低，有源电力滤波器任局限于实验室研究中。
（5）受电网阻抗的影响较小，不容易和电网阻抗发生谐振。
（6）能跟踪电网频率的变化，补偿性能不受电网频率变化的影响。
（7）即可对一个谐波和无功源单独补偿，也可对多个谐波和无功源集中补偿。
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（1）根据直流侧储能元件分类
根据有源电力滤波器主电路直流侧储能元件的不同，可分为电压型APF和电流型APF[4]。电压型APF采用一个大电容作为储能元件接在变流器的直流侧，功能等效于一个电压源，其结构如图3-2(a)所示；电流型APF在变流器的直流侧接一个电感作为储能元件，其功能等效于一个可控的电流源，以补偿非线性负载产生的谐波电流，其结构如图3-2(b)所示。
有源电力滤波器的基本工作原理为：通过检测补偿对象中的谐波和无功电流成分，得到控制补偿电流的指令信号，该指令信号经由补偿电流发生电路产生补偿电流，从而将补偿对象中的谐波和无功电流抵消掉，最终得到期望的系统电流。例如：当需要补偿负载所产生的谐波电流时，有源电力滤波器检测出补偿对象负载电流的谐波分量 ，将其反极性后作为补偿电流信号，由补偿电流发生电路产生的补偿电流 与负载电流中的谐波成分 大小相等、方向相反，因而两者相互抵消，使得电源电流 中只含基波，不含谐波。这样就达到了抑制电源电流中谐波的目的。
（2）有源电力滤波器的自身损耗。有源电力滤波器的开关器件由于工作在高频状态，所以会产生较高的开关损耗，这既妨碍设备容量的进一步提高，又增加了运行成本，影响有源电力滤波器的应用。
（3）有源电力滤波器工作在高频状态，其产生的电磁干扰和电磁元件的发热也是妨碍其使用的一个因素。
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有源电力滤波器从目前的应用状况来看，其发展趋势如下：
本章小结
本章介绍了滤波器的基本原理、作用及分类，滤波器是对特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除的电路，其主要作用是：让有用信号尽可能无衰减的通过，对无用信号尽可能大的衰减。同时，本章还对有源电力滤波器的发展历史和发展趋势进行了大致的了解。
第
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有源电力滤波器是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置，它能对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿，可以克服LC滤波器等传统谐波抑制和无功补偿方法的缺点[3]。图3-1为有源电力滤波器系统的原理框图。
进入80年代以来，随着电力电子技术以及PWM控制技术的不断成熟，有源电力滤波器的研究逐渐活跃起来，成为电力电子技术领域研究的热点之一。1983年，日本学者赤木泰文等人提出了“三相电路瞬时无功功率理论”以该理论为基础的谐波和无功电流检测方法在有源电力滤波器中得到了成功的应用，极大的促进了有源电力滤波器的发展，因此该理论也被公认为有源电力滤波器的主要理论基础之一。同时大功率全控型器件如大功率晶体管(GTR)、大功率门极可关断晶闸管(GTO)、静电感应晶体管(SIT)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)等的出现，PWM控制技术的不断进步以及大规模集成电路的飞速发展，使得有源电力滤波器从实验室走向了生产生活中的实际应用。