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2 APF(有源滤波器)的基本原理和分类
2.1 APF的基本原理
有源电力滤波器的基本原理如图2-1所示
图2-1有源电力滤波器
在图中，谐波源一般是非线性负载，如整流器等，产生谐波电流 ，供电系统一般为被保护对象；有源滤波器表现为电流源，它的作用是产生和谐波源谐波电流大小相等方向相反的补偿电流来达到消除谐波的目的。
2.2 APF的分类
用户所使用的电源是直流电源和交流电源，所以有源电力滤波器按供电的类型可分为交流有源电力滤波器和直流有源电力滤波器；根据有源电力滤波器接入电网的方式，有源电力滤波器主要分为三大类，即并联型、串联型和串—并联型。目前，有源电力滤波器的研究主要集中在交流有源电力滤波器上，直流有源电力滤波器的研究也在逐步开展，典型的研究之一是在高压直流输电系统中的应用。图2-2给出了有源电力滤波器的基本分类图。下面对比较常用的有源电力滤波器分别介绍如下：
图2-2 有源电力滤波器的分类
（１）按有源电力滤波器中逆变器直流侧储能元件的不同，有源电力滤波器又可分为电压型有源电力滤波器（储能元件为电容）和电流型有源电力滤波器（储能元件为电感）。
电流型有源电力滤波器由一个大电感充当一个非正弦的电流源来提供非线性负荷的谐波电流。电流源型逆变器的最大缺点在于不能用于多电平场合，无法提高大容量时逆变器的性能；电压型有一个较大的电容作为直流侧的电压支撑。由于这种结构轻便、便宜，并且可以扩展为多电平结构，使其在开关频率较低的情况下取得较好的性能，与电流型有源电力滤波器相比，电压型有源电力滤波器损耗较小、效率高，因此目前国内觉大多数有源电力滤波器都采用电压型逆变器结构。根据日本电气学会的调查结果，两者在实际应用中所占的比例分别是电压型93.5%，电流型6.5%。随着超导储能技术的不断发展，今后可能会有更多电流型有源电力滤波器投入使用。
（２）按电路拓扑结构分类，电力有源滤波器可分为并联型、串联型、串－并联型和混合型。
图2-3 并联型有源滤波器
图2-3所示为并联型有源滤波器的基本结构。它主要适用于电流源型非线性负载的谐波电流抵消、无功补偿以及平衡三相系统中的不平衡电流等。目前并联型有源滤波器在技术上已较成熟，它也是当前应用最为广泛的一种有源滤波器拓扑结构。
图2-4串联型有源滤波器
图2-4所示为串联型有源滤波器的基本结构。它通过一个匹配变压器将有源滤波器串联于电源和负载之间，以消除电压谐波，平衡或调整负载的端电压。与并联型有源滤波器相比，串联型有源滤波器损耗较大，且各种保护电路也较复杂，因此，很少研究单独使用的串联型有源滤波器，而大多数将它作为混合型有源滤波器的一部分予以研究。
图2-5 串－并联型有源滤波器
图2-5所示为串－并联型有源滤波器的基本结构。它组合了串联有源滤波器和并联有源滤波器的优点，能解决电气系统发生的大多数电能质量问题，所以又称之为万能有源滤波器或统一电能质量调节器(UPQC)，该类有源滤波器的主要问题是控制复杂、造价较高。
3 串联有源滤波器的基本原理和结构设计
串联有源滤波器电力滤波器的结构特点是有源滤波器串联在交流电网和非线性负载之间，如图3-1所示。图中，虚线内部分为有源电力滤波器， ， ， 为三相电网的相电压， ， ， 为电源和线路的等效电感， ， ， 为三相电网的电流， ， ， 为非线性负载的电流， ， ， 为电力有源滤波器产生的补偿电压。当电力系统电压发生波动时，串联型有源电力滤波器可以产生补偿电压，是负载电压不受系统电压波动的影响而保持稳定。
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