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混合有源电力滤波器的四种基本类型

电力电子技术作为一门新兴学科,自从其产生到现在的半个多世纪里得到了飞速发展。它几乎涉及了从发电、输电、配电到用户用电的所有领域，但是有源电力滤波器的大量使用，向电网注入了大量谐波电流，谐波的危害也日益突出，谐波治理也越来越重要。

有源电力滤波器(APF) 近十年来被用于电力谐波抑制，被认为是*有效的方法。它通常通过对电网和(或)负载的谐波进行实时计算，通过不同的控制方案，利用高频逆变器进行谐波功率放大后，将不同补偿目的点的谐波电压、谐波电流抑制到足够小的水平。

从工业方面看，冶金、水泥及大型制造企业首先受到影响，谐波使原先安装的无功补偿装置难以正常投入使用，从而造成功率因数下降、供电变压器发热和生产无法正常连续进行，严重影响了企业的经济效益。从民用方面看，近年来变频家电开始被广大市民所接受，以典型的变频空调为例，如果采用有源电力滤波器方案限制入网谐波电流，考虑体积、价格等因素，在输入电流大于11A 之后，很难满足GB17625.1 《低压电气及电子设备发出的谐波电流限制》。如果采用常见的Boost 电路方式的PFC 技术，既带来了升压问题，又降低了变换效率。

虽然HAPF 的结构多种多样，但目前混合有源电力滤波器常用的基本类型无非有如下四类。

1)串联APF+ 并联PPF 型的HAPF 是现在研究较多的一种类型，由于大部分谐波被相对廉价的无源滤波器滤除，有源部分的容量非常小，典型值为补偿功率的5%~10%，因此成本相对较低。此外由于对谐波电流串联部分可以等效为一“谐波电阻”，该电阻阻止了电网和PPF 之间可能存在的谐振，对目前工业应用中的无源滤波方案有很大的改造前景。其缺点是由于APF 的串入需要加入耦合变压器，连接和维修不方便，且引入了负载电压的畸变。

2)串联APF1+ 与并联PPF 相串联的APF2 型的HAPF 是综合串联APF 和并联APF 的混合型滤波器。串联APF 将电源和负载隔离，阻止电源谐波电压窜入负载端和负载谐波电流流入电网，并联APF 提供一个零阻抗的谐波支路，把负载中的谐波电流吸收掉。该方案在电网与公共连接点之间同时实现了电压和电流的净化，但是由于采用了两个APF，成本很高，较难广泛应用。

3)并联APF+ 并联PPF 型的HAPF 的优点是电路连接方便，APF 可补偿无功，其缺点是APF 容量较大，电网和APF 以及APF 和PPF 之间存在谐波通道，存在谐振的可能。且该装置对电网端谐波电压敏感，只适合电流源型谐波负载。

4)并联PPF+ 与其串联的APF 型的HAPF 的优点是有源部分基波电压的压降大为降低，同时采用流控电压源(CCVS) 控制方式可以有效阻止PPF 与电网、负载可能发生的谐振，并且由于注入耦合变压器能连接在Y 型连接的PPF 的中性点上，方便保护和隔离，更适合于高压系统应用。其缺点仍是对电网端谐波电压敏感，只适合电流源型谐波负载。

鉴于目前电力电子器件可控能量水平有限和电力系统要求控制能量巨大之间的矛盾，混合有源电力滤波器(HAPF)是现阶段APF 研究和应用的主要焦点。HAPF 是将APF 和PPF 结合起来，它既具有PPF 结构简单、成本低、技术成熟的优点，又具有APF 动态跟踪效果好、谐波抑制频谱宽的优点。因此HAPF 在工业领域具有很好的应用前景。