1 引言

　　随着电力电子（PE）技术的飞速发展，人们对电力系统供电的可靠性、安全性以及电能的质量，提出了越来越高的要求。然而，电网中存在包括化工、冶金、煤矿及家用电器等大量非线性负荷与冲击负荷，尤其是大功率变流设备、晶闸管整流装置、电弧炉等负荷，导致电网中暂态冲击、无功功率、高次谐波及三相不平衡等问题日趋严重，对电网造成污染，增大能量损耗，劣化供电质量，不利于电力系统发、供、用电设备的安全、经济运行。特别是高次谐波的干扰，已构成当前电网中影响电能质量的一大“公害”。因此，解决电力系统谐波抑制及无功补偿、确保供电的质量，已成为大家关注的热门课题。

　　2 高次谐波的危害及现代控制系统的要求

　　电力系统中三相交流发电机输出的电压，其波形基本为正弦波，即波形中近似无直流及高次谐波分量。就基波而言是对称分量，三相向量之和为零，对外不形成电磁场。但谐波电流分量则因三相向量之和不为零，能形成较强的磁场，对电网产生各种有害的影响。

　　非线性负荷是谐波源，向电网注入整倍数于基波频率的谐波电流分量。这些谐波电流在电网上产生谐波压降，从而引起电网电压和电流的波形畸变，导致电能质量的劣化。

　　2.2 对配电网的影响

　　在有色金属导体中，基波电流的分布可近似认为在整个截面内是均匀的。通过谐波电流时，由于集肤效应电流集中在导体表面薄层，增大了谐波电流回路的电阻，使导体的有效电阻增加，导致电网的功率损耗和能量损耗加大。高次谐波还可能使电力系统发生电压谐振，从而在线路上引起高电压，有可能击穿线路设备的绝缘。

　　2.3 对电力系统功率因数的影响

　　由于设备实际的功率因数小于设备在理想条件下的功率因数，故高次谐波增加了用电设备消耗的功率，降低了系统的功率因数。

　　2.4 变频调速系统的要求

　　变频调速传动系统的变频器，因具有节能的特点而成为交流传动中的重要组成部分，但变频器的整流桥对电网来说是非线性负荷，其逆变器又大多采用PWM技术，当工作于开关模式并作高速切换时会产生大量的耦合性噪声，EMI严重，致使变频器运行于恶劣的电磁环境，其输入和输出侧的电压、电流含较多的高次谐波。故变频器运行时既要防止外界干扰它，又要防止它干扰外界，即实现所谓的电磁兼容性（EMC）。 信

　　2.5 现代交流电机控制系统的要求

　　随着新的PE变换器拓扑结构的不断涌现，要求的计算量和控制功能大幅度增加。随着PE装置高压大容量化的发展，DSP（数字信号处理器）控制技术的应用将愈益广泛。然而，PE系统和电机控制系统的电磁环境往往较为复杂，且因运行频率很高，DSP的抗*力通常比微处理器更弱。因此，提高DSP及周边电路的抗*力，对于保证系统的可靠运行密切相关，电网的“净化”是现代PE系统及交流电机控制系统发展应用的重要前提。 

　　3 抑制高次谐波的主要指标

　　APF是一种新型可动态抑制谐波的PE装置。其滤波方式为:先从补偿对象中检测出谐波电流，再利用可控的功率半导体器件（补偿装置）向电网注入与谐波源谐波分量（I或U）幅值相等、相位相反的谐波分量（I或U），使电源的总谐波为零，达到实时补偿谐波的目的。经经验证明，APF是抑制谐波和补偿无功的理想和灵活的可行方案，下面予以重点介绍。

　　4 有源电力滤波器（APF）

　　APF是抑制电网谐波和补偿无功功率、改善电网供电质量的zui有效PE装置。大多数APF拓扑均利用电压源逆变器，并通常以电容器作为贮能器件如图1所示。以适当选通可控的功率半导体开关，把直流电压变换成交流电压。虽然，为合成交流电压能施加每半周的单脉冲，但对大部分应用中要求的动态性能，今天普遍采用的是脉宽调制（PWM）。

图1 电压源逆变器的APF拓扑

　　为产生任意波形的交流电压，将PWM技术应用到直流母线电压斩波的电压源逆变器上。现有很多能组成正弦波或任意波形的PWM技术，利用PWM技术，不仅允许控制逆变器作为电压源，也可作为电流源以控制滤波器的交流输出。图2为所利用的zui普通的三角载波（TC）技术，这是zui简单的线性控制方法，是将有固定幅值的和固定三角波的输出电流误差进行比较。迫使开关周期内的输出电压Va限定于Vcar的载波周期内，并等于调制波Varef的平均幅值。正弦调制波的合成电压含正弦基波分量Va（f）和不希望的谐波分量，利用尽可能高的频率载波，可使这些不想要的谐波成分减到zui小，但这取决于半导体功率器件（IGBT、 GTO或IGCT）的zui大开关频率。

图2 PWM载波技术（三角载波）

　　与传统的无源LC滤波器相比，APF具有以下优点:

　　（1） 对各次谐波和分数谐波均能有效抑制，且可提高功率因数;

　　（2） 作为高次谐波电流源，不受系统阻抗的影响;

　　（5）即使高次谐波的频率变化也能准确地补偿;

　　APF大体上可分为并联型和串联型，串联型适合补偿电压型谐波源负荷;并联型只适合补偿电流型谐波源负荷。此外还有并联和串联组合的并-串结构，而且在很多情况下还会与无源LC滤波器混合使用，以取得更好的综合效果。

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