摘要：随着电力电子技术的飞速发展以及广泛应用，在提高输电效率的同时，其带来的弊端也日益凸显，最严重的是造成了电网中的谐波污染，对电力系统的运行、电能的生产及输送都造成很大的危害。现如今治理谐波最有效的方法之一就是使用有源电力滤波器(Active Power Filter, APF)对谐波电流进行补偿。本文对配电系统中APF拓扑结构、工作原理、控制策略现状以及应用前景进行了阐述。巴彦淖尔低压动态无功补偿装置

随着电力电子器件的大规模使用，电网中产生了大量谐波和无功，对电能质量造成污染，使电流波形发生畸变，损害电能的生产及输送。因此，开展有效抑制电网中谐波的研究迫在眉睫。目前，无源电力滤波器(Passive Power Filter，PPF)应用最为普遍，但是PPF 体积大，其滤波特性受系统参数影响较大，容易和电网阻抗产生谐振，动态补偿效果不佳。而有源电力滤波器这种新型装置对PPF 的不足进行了弥补，在无功补偿、谐波抑制以及提高电能质量等方面，APF 已经逐渐将 PPF取代。本文首先分类了APF 的拓扑结构，讲解了各类型APF的工作原理，后对其谐波检测、跟踪方法等控制技术进行了研究，最后展望了未来的发展方向。

2.1 根据应用场合分类

根据应用场合一般分为单相和三相APF。低功率场合,即100kMA 以下,使用单相APF ;三相APF 应用于中、高功率场合,即100kMA 以上。其中三相又分为三相三线制和三相四线制，三相四线制APF 在谐波电流大、功率因数低以及三相不平衡等场合下适用。

2.2根据电网连接方式分类

按照APF与电网连接的方式来分,可分为并联型、串联型和统一电能质量调节器(Unified Power Quality Conditioner,UPQC)三类。串联型APF 要想接入电网，其方式比较复杂，一旦APF 装置出现故障甚至可能造成电力系统断相或缺相，从而引发重大电力事故。因此如何让故障的APF 安全脱离电网，以及确保电网安全运行充满了艰难。并联型APF 接入电网的设计相较于串联型则容易些，现场投切更加安全可靠，其应用场合更加广泛且更有优势，因此并联型APF 是目前应用最广泛的拓扑结构。串并联型则结合上述两种结构的优点，适用性较强，但控制方法较复杂。

并联型APF与非线性负载并联接入系统，相当于受控电流源，由于是和非线性负载并联，因此不会影响系统的正常运行，并联型APF 在技术上已经趋于成熟，目前工业中已广泛投入使用。然而,单独使用时对容量要求较大,造成系统功率损耗较高,产生电磁干扰现象，其拓扑结构如图2所示。

串联型APF经耦合变压器与非线性负载串联接入电网,主要针对电压型负载侧使用,相当于受控电压源，在直流场合使用时容易出现直流磁饱和现象,故一般只用在交流系统中。主要作用是消除电压谐波，同时可以降低电压波动对敏感负载产生的影响。

UPQC又称为串-并联型新型有源电力滤波器，由串联型APF和并联型APF经公共直流电抗器背对背连接构成,它综合了两者的构成特点,其中串联型APF经变压器与电源串联,起隔离谐波调整电压的作用。并联型APF与非线性负载并联，起补偿谐波电流、无功功率以及调节直流侧电压的作用。UPQC主要是用来解决系统中的电能质量问题，是目前公认的最为理想的一种有源电力滤波器,优点非常多,除了基本的谐波抑制和无功补补偿的作用外，还拥有消除电压波动和闪变、不间断供电、储能等功能,既可以用于单相系统,也可以用于三相系统,缺点是成本昂贵,结构复杂不易控制。

有源电力滤波器的主要功能是对动态谐波进行抑制，同时还能对无功进行相应的补偿。它能够对不同大小和频率的谐波进行快速跟踪补偿，之所以称为有源，是相对于无源LC 滤波器，只能被动吸收固定频率与大小的谐波而言，APF 可以通过采样负载电流并进行各次谐波和无功的分离，控制并主动输出电流的大小、频率和相位，并且快速响应,抵消负载中相应电流,实现了动态跟踪补偿,而且可以既补谐波又补无功和不平衡。

有源滤波器可称为任意波形发生器或可控非线性器件。，通过算法运算检测谐波分量，经滞环控制或其他控制发出PWM 信号，该信号控制APF 主电路产生一个与谐波大小相等、方向相反的补偿电流，使系统中谐波分量被抵消。从理论上讲，有源滤波器可对任意谐波分量进行补偿。

APF 主要构成分为四部分:(1)指令电流运算电路:将从电网中检测到的谐波电流分量进行运算得出指令信号。(2)电流跟踪控制电路:收到指令信号后产生响应,输出能够控制主电路的PWM 信号。(3)驱动电路: 将 PWM 信号转化输出为能够控制主电路功率开关器件通断的信号。(4)主电路:收到驱动信号后发出补偿电流。

上述一系列流程过后,就能够使主电路向电网注入最后大小与谐波电流相等、极性相反的补偿电流，完成其工作任务,达到补偿目的。