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    但传统两电平有源滤波器受开关器件耐压等级、容量、技术等因素的限制,以及人们的生产、生活对用电质量要求的不断提高,其适用场合非常有限,因此,多电平的应用成为研究的热点,尤为三电平拓扑结构。
    1.2  谐波的危害
    若电网中含有大量的谐波,将严重影响系统的安全性和稳定性,其具体危害表现如下:
    (1)    谐波电流增大了电网线路损耗,降低系统的效率,若谐波电流过大,严重影响系统中设备的使用寿命及安全性[1]。
    (2)    谐波电流的频率一般都比较高,容易引起系统谐振,进而放大谐波电流,造成更大的威胁。
    (3)    谐波电流影响电力系统中信号的采集,尤其是对继电保护装置,谐波信号可能造成其误动作或者拒绝动作[2]。
    (4)    影响系统中其他电气设备的性能。
    1.3  有源滤波器的原理和发展过程
        有源电力滤波器(APF),它的补偿信号是电网谐波电流的反相,补偿后电网中只保留负载的基波电流,从而有效控制电网中谐波含量[3]。由于该装置提供电源,所以称之为有源。
        20世纪70年代,人们不断探索高效补偿谐波的方法时,有源滤波器的雏形开始出现。1971 年,有源滤波器的基本原理首次被日本 学者H. Sasaki.和 T. Machia进行了完整的描述。1976 年,美国西屋公司(Westinghouse)的 L. Gyugyi 和 E.C. Strycula 提出了当今有源滤波器主电路的基本拓扑结构——利用PWM 变流器构成的有源电力滤波器。但受当时技术水平的制约,例如谐波检测误差较大,补偿效果差等,有源滤波器仅处于实验室的试验阶段,并没有在工业中得到应用。
    但进入80年代以后,随着电力电子器件和控制策略的不断发展、进步,使有源滤波器应用到实际中成为可能。1983年,日本 H.Akagi 等人提出了有源电力滤波器的主要理论基础之一:三相电路瞬时无功功率理论。1986 年,H. Akagi 又提出用并联型有源滤波器拓扑结构。此后,多种拓扑结构的有源滤波器相继出现,例如串并混合型有源滤波器。
    伴随传统两电平有源滤波器发展的同时,其在中高压大容量系统中存在的问题也凸显出来,例如开关器件无法满足系统大电压的要求,损耗增加,效率降低等。由此,利用多电平结构,尤为三电平,提高系统容量的方法成为各国学者研究的热点。首先,德国学者Holtz于1979年提出每相桥臂带一对开关管来辅助中点钳位的三电平主电路,但其性能不佳。1980年日本南波江章(A.Nabae)等人提出每相桥臂带一对二极管来辅助中点钳位的三电平主电路,这样,开关器件仅承受一半的直流侧母线电压,且易于控制[4]。从此多电平技术成为人们研究的热点。
    1.4  有源滤波器控制方法
    主电路性能的优劣在一定程度上取决于控制方法,良好的控制方法能最大程度的发挥主电路的特性,例如就补偿效果而言,飞跨电容型有源滤波器比二极管钳位型(下文中有详细说明两种拓扑结构)的效果要好,但是,飞跨电容型要平衡电容电压,控制方法较复杂,不容易实现,因而二极管钳位型的反而应用的更为广泛。本文中将介绍3种传统的控制方式:滞环电流控制、空间矢量控制和单周控制。
    1.4.1  滞环电流控制
    其基本原理是,将指令电流与实时补偿电流做差,两者之间的差值 作为滞环比较器(环宽为H)的输入端,从而产生PWM信号控制主电路中器件的开通、关断[5]。它动态响应、输出电压等性能良好。但良好的性能是建立在与其对应的环宽基础上,环宽对其影响较大,因此若环宽较小,系统工作在开关频率较高的环境中,开关损耗大大增加[6]。
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