APF有源电力滤波器 有源电力滤波器原理及优缺点简析

最传统的谐波抑制和无功补偿方法是无源滤波器(PF)，其结构简单、使用方便、技术成熟、成本低廉。但其缺点是只能滤除特定的次谐波，过载能力小，对系统阻抗和频率变化的适应性差，稳定性差，损耗大。

然而，由于无源滤波器的特性受系统参数影响较大，只能消除某些谐波，过载能力小，对系统阻抗和频率变化的适应性差，稳定性差，人们逐渐将滤波的研究方向转向有源电力滤波器(APF)。

有源电力滤波器作为一种新的谐波治理技术，是消除谐波污染、改善电能质量的有效工具。与传统的无源滤波器相比，有源电力滤波器具有许多技术优势，如补偿各种谐波、抑制闪变、补偿无功、自动跟踪和补偿变化的谐波等。，并已广泛应用于工业。

工作原理

有源电力滤波器的基本原理是实时检测电网的谐波和补偿对象的电压、电流，通过指令电流运算单元计算出补偿电流指令信号，利用可控电力电子器件产生同幅反相的补偿电流，抵消注入电网和负载的谐波电流，使电源中的电流只包含基波，最终达到消除电源电流中谐波的目的；同时，有源滤波器发出基波无功电流进行无功补偿。

理论上讲，有源电力滤波器可以产生任意波形的电流。图1是有源滤波器[2]的结构框图。与传统无源滤波器一样，有源电力滤波器在谐振频率下为谐波电流或谐波电压提供具有无限等效导纳的并联网络或具有无限等效阻抗的串联网络。

图1有源滤波器的组成和结构

根据接入电网的方式，有源电力滤波器可分为并联型和串联型。由于有源电力滤波器的工作原理和特性不同，每种类型的有源电力滤波器都有不同的结构。

并联有源滤波器

图2是单独使用的并联有源滤波器系统的组成拓扑。它是有源滤波器最基本的形式，可以产生与负载谐波大小相同、方向相反的补偿电流，从而将电源侧电流补偿为正弦波。并联有源滤波器主要用于三相系统中的谐波电流抵消、无功补偿和不平衡电流平衡。

也是工业上应用最广泛的方案，但由于电源电压直接施加在逆变桥上，开关元件的耐受电压水平较高；当负载谐波电流含量较高时，要求有源电力滤波器具有较大的补偿容量和较宽的补偿频带，使得有源电力滤波器的成本增加，经济性价比降低，因此并联有源滤波器不适合补偿电压谐波源。

图2并联有源滤波器系统结构图

串联有源滤波器

串联APF的结构图如图3所示。APF通过耦合变压器串联连接到电力系统，可以等效为一个受控电压源。主要优点是补偿电网谐波电压和三相不平衡电压，消除电压谐波源负荷对系统的影响，以及电压谐波和电压波动对系统侧敏感负荷的影响。

但串联有源滤波器损耗大，各种保护电路也比较复杂。同时，串联型有源电力滤波器在DC系统中使用时，耦合变压器的系统接入侧容易出现DC磁饱和，因此只在交流系统中使用。

图3串联有源滤波器系统结构图

有源滤波器能有效滤除电网中2 ~ 50次谐波，响应时间小于1毫秒，是目前最有效的滤波技术。然而，有源电力滤波器容量大、成本高的缺点限制了它的广泛应用。