| 摘要：文中论述电能质量分析及其评价准则，电力谐波问题及其治理技术。 |
1.4 有源滤波器的发展简介
面临严峻的谐波污染问题，APF和HAPF是提高电能质量的有效工具。早在上世纪70年代有源滤波的概念就提出来了，但是由于受到功率半导体器件水平的限制，APF未能得到进一步发展。随着大功率快速自关断器件的不断发展，基于瞬时无功功率理论的谐波检测方法的不断完善，以及微机控制技术和数字信号处理技术的不断进步，有源滤波技术得到了极大的发展，在工业上已经进入实用阶段。
1971年，H.Sasaki.等首次完整地阐述了有源电力滤波器的基本原理，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，因而仅在实验室研究，未能在工业中实用。1976年让Gyugyi.等人提出了用大功率晶体管PWM逆变器构成的有源滤波器，并正式确立了有源滤波的概念，提出了有源滤波器主电路的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高，全控型器件功率小、频率低，因而有源滤波器仍局限于实验研究。用有源滤波器对电力谐波进行动态治理真正进入实用阶段是在上世纪80年代。各种新型电力半导体器件的相继问世、PWM技术的发展以及基于瞬时无功功率理论的谐波电流瞬时检测方法的提出，都极大地促进了有源滤波技术的发展。
虽然有源滤波器发展至今，其主电路拓扑结构和工作原理都发生了变化，但都是从最早期的并联型APF，根据对偶原理或通过混合逐步演变而来的。所以，存在对APF的一般性定义:将系统中所含有害电流(高次谐波电流、无功电流及零序负序电流)检出，并产生与其相反的补偿电流，以抵消输电线路中的有害电流的半导体电力变换装置。
现有的APF以与补偿对象的连接方式分类，单独使用的有源滤波器APF可分为并联型和串联型两种。并联型APF是最早期的有源滤波装置，也是现在实际工业应用最多的一种APF。这种装置相当于一个谐波电流发生器，它跟踪谐波源电流中的谐波分量，产生与之相反的谐波电流，从而抵消谐波源产生的谐波电流。通过不同的控制作用，可以对谐波、无功、不平衡分量等进行补偿，因此功能很多，联接也方便。几个有源滤波器还可以并联起来使用，来补偿大容量的谐波电流，因此，并联型有源滤波器结构的应用范围比较广泛。图1为并联型有源滤波器的框图。
串联型APF通过变压器串联于输电线路中，是另一种基本的APF形式，它相当于一个电压控制电压源，跟踪谐波源电压中的谐波分量，产生与之相反的谐波电压，从而隔离谐波源产生的谐波电压。有源装置容量小，运行效率高，对电压型谐波源有较好补偿特性。因此串联型APF一方面用于改善系统的供电电压，为负载提供基波正弦供电电压，特别适用于对电压很敏感的负载，另一方面用于治理电压型谐波负载，如带电容滤波的整流器，避免负载产生的谐波电压影响电网电压波形。图2为串联型有源滤波器的框图。
单独使用的并联型和串联型APP由于有源装置容量相对较大，开关器件的等级较高，存在初期投资大、运行效率低的缺点，而且二者对不同类型谐波源的补偿特性不同，各有优势。因此，在研究APF多功能化的同时，人们也致力于使有源装置容量降低的混合补偿方案的研究。将无源电力滤波器和有源电力滤波器结合构成的混合有源电力滤波器，综合了有源电力滤波器和无源电力滤波器的优点，具有容量大、滤波效果好、成本较低等优点，是电力谐波治理技术的重要发展方向。图3为混合型有源电力滤波器原理框图。
使用各种有源电力滤波器新技术进行谐波治理，治理效果好，节能、节材，是谐波治理技术的最新发展方向，有着广阔的发展前景。
责任编辑：小柯
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