最傳統(tǒng)的諧波抑制和無功補償方法是無源濾波器(PF)，其結構簡單、使用方便、技術成熟、成本低廉。但其缺點是只能濾除特定的次諧波，過載能力小，對系統(tǒng)阻抗和頻率變化的適應性差，穩(wěn)定性差，損耗大。

然而，由于無源濾波器的特性受系統(tǒng)參數(shù)影響較大，只能消除某些諧波，過載能力小，對系統(tǒng)阻抗和頻率變化的適應性差，穩(wěn)定性差，人們逐漸將濾波的研究方向轉向有源電力濾波器(APF)。

有源電力濾波器作為一種新的諧波治理技術，是消除諧波污染、改善電能質(zhì)量的有效工具。與傳統(tǒng)的無源濾波器相比，有源電力濾波器具有許多技術優(yōu)勢，如補償各種諧波、抑制閃變、補償無功、自動跟蹤和補償變化的諧波等。，并已廣泛應用于工業(yè)。

工作原理

有源電力濾波器的基本原理是實時檢測電網(wǎng)的諧波和補償對象的電壓、電流，通過指令電流運算單元計算出補償電流指令信號，利用可控電力電子器件產(chǎn)生同幅反相的補償電流，抵消注入電網(wǎng)和負載的諧波電流，使電源中的電流只包含基波，最終達到消除電源電流中諧波的目的；同時，有源濾波器發(fā)出基波無功電流進行無功補償。

理論上講，有源電力濾波器可以產(chǎn)生任意波形的電流。圖1是有源濾波器[2]的結構框圖。與傳統(tǒng)無源濾波器一樣，有源電力濾波器在諧振頻率下為諧波電流或諧波電壓提供具有無限等效導納的并聯(lián)網(wǎng)絡或具有無限等效阻抗的串聯(lián)網(wǎng)絡。

圖1有源濾波器的組成和結構

根據(jù)接入電網(wǎng)的方式，有源電力濾波器可分為并聯(lián)型和串聯(lián)型。由于有源電力濾波器的工作原理和特性不同，每種類型的有源電力濾波器都有不同的結構。

并聯(lián)有源濾波器

圖2是單獨使用的并聯(lián)有源濾波器系統(tǒng)的組成拓撲。它是有源濾波器最基本的形式，可以產(chǎn)生與負載諧波大小相同、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(lián)有源濾波器主要用于三相系統(tǒng)中的諧波電流抵消、無功補償和不平衡電流平衡。

也是工業(yè)上應用最廣泛的方案，但由于電源電壓直接施加在逆變橋上，開關元件的耐受電壓水平較高；當負載諧波電流含量較高時，要求有源電力濾波器具有較大的補償容量和較寬的補償頻帶，使得有源電力濾波器的成本增加，經(jīng)濟性價比降低，因此并聯(lián)有源濾波器不適合補償電壓諧波源。

圖2并聯(lián)有源濾波器系統(tǒng)結構圖

串聯(lián)有源濾波器

串聯(lián)APF的結構圖如圖3所示。APF通過耦合變壓器串聯(lián)連接到電力系統(tǒng)，可以等效為一個受控電壓源。主要優(yōu)點是補償電網(wǎng)諧波電壓和三相不平衡電壓，消除電壓諧波源負荷對系統(tǒng)的影響，以及電壓諧波和電壓波動對系統(tǒng)側敏感負荷的影響。

但串聯(lián)有源濾波器損耗大，各種保護電路也比較復雜。同時，串聯(lián)型有源電力濾波器在DC系統(tǒng)中使用時，耦合變壓器的系統(tǒng)接入側容易出現(xiàn)DC磁飽和，因此只在交流系統(tǒng)中使用。

圖3串聯(lián)有源濾波器系統(tǒng)結構圖

有源濾波器能有效濾除電網(wǎng)中2 ~ 50次諧波，響應時間小于1毫秒，是目前最有效的濾波技術。然而，有源電力濾波器容量大、成本高的缺點限制了它的廣泛應用。