有源电力滤波器的拓扑结构及其应用

根据电力有源滤波器接入电网的方式，可将其系统构成分为三大类，即并联型[2-4]，串联型[5,6]和混合型。

一、并联型有源滤波器

一般情况下，并联型有源滤波器有三种使用方式，单独使用方式、与PF混合使用方式以及注入电流方式。

1、并联APF单独使用方式

图为单独使用方式的并联型有源滤波系统的构成拓扑。它是有源电力滤波器中最基本的形式，它可产生与负载谐波大小相等，方向相反的补偿电流，从而将电源侧电流补偿为正弦波。并联型有源电力滤波器主要用于感性电流源型负载的补偿，它也是工业上已投入运行最多的一种方案，但由于电源电压直接加在逆变桥上，因此对开关元件的电压等级要求高；负载谐波电流含量高时要求这种有源电力滤波器的容量必须很大，同时具备大的补偿容量和宽的补偿频带比较困难。

单独使用的并联APF

2、与PF混合使用方式

为克服单独使用时面临的缺点，并联型APF常常与PF混合使用。就与PF混合使用的形式来说又可分为两种：一种是有源电力滤波器与无源滤波器并联；另一种是有源电力滤波器与无源滤波器串联。图3(a)是并联型有源滤波器与PF并联的结构图。有源滤波器与PF并联接入电网，共同承担补偿谐波的任务。PF主要补偿较高次的谐波，是一个高通滤波器，它一方面用于消除补偿电流中因主电路中器件通断而引起的谐波，另一方面它可滤除补偿对象中次数较高的谐波，从而可降低对有源电力滤波器主电路中器件开关频率的要求。图3(b)为并联型有源电力滤波器与PF串联使用的结构图，该方式中，有源滤波器的用于改善PF的滤波特性，克服PF易受电网阻抗影响和易与电网阻抗发生谐振缺点。而谐波和无功主要由PF补偿，而这种方式中，有源电力滤波器不承受交流电源的基波电压，因此装置容量比较小。并联混合型有源电力滤波器具有安装、维护简单的优点，可以直接在已有的无源滤波器上进行改造，因此并联混合型有源电力滤波器的使用最为广泛。

3、注入电路方式

注入电路方式又可分为与LC串联谐振注入电路方式和与LC并联谐振注入电路方式两种。这种方式可降低APF的容量，它是用电感和电容构成注入回路，利用电感电容电路的谐振特性，使得有源滤波器只需承受很小部分的基波电压，从而使有源滤波器容量减小。

二、串联型有源滤波器

串联型有源电力滤波器的包括单独使用方式和与无源滤波器混合使用方式两种。这种装置相当于一个电压控制电压源，通过对电源电压中的谐波分量的检测，产生与之相反的附加电压信号，从而实现系统与谐波的隔离，使电源端电压恢复正弦波形。这种方式的特点是有源电力滤波器作为电压源串联在电源和基波源之间，它主要用于消除带电容二极管整流电路等，电压型谐波源负载对系统的影响，以及系统侧电压谐波与电压波动对敏感负载的影响。

与并联型有源电力滤波器相比，由于串联型有源电力滤波器中流过的是正常负荷电流，因此损耗较大；此外，串联型有源电力滤波器的投切，故障后的退出及各种保护也较并联有源电力滤波器复杂。因此，目前应用较多的是串联型有源电力滤波器与PF混合使用方式。该方案的特点是谐波基本由PF补偿，而有源滤波器作用只是改善PF的滤波特性。

三、混合型有源滤波器

混合型是指串联有源电力滤波器和并联有源电力滤波器的混合使用。串联的有源电力滤波器将电源与负载隔离，阻止电源谐波电压传入负载端，同时也阻止了负载中的谐波电流污染电网；并联的有源电力滤波器则提供了一个低阻抗的谐波电流支路，用于吸收负载中的谐波电流，阻止负载中的谐波电流在电源端产生额外的谐波电压。

这种混合型有源电力滤波器结合了串联型有源电力滤波器和并联型有源电力滤波器的优点，又称为统一电能质量调节器(UPQC)。混合型有源电力滤波器结构的主要缺点是控制方法复杂，成本较高。