有源和无源滤波器的特点（混合型有源电力滤波器分类及其优缺点评析）

有源滤波器（APF）在工程应用中，首先需要考虑的是成本和技术上的可行性。所以，围绕APF如何适应大容量、高电压、低成本和多功能的要求， 结合无源滤波器PF的工作特点，Akagi、Mohan等学者提出用由无源滤波器PF 和有源滤波器APF 构成的互补混合组合方式——混合型有源电力滤波器(HAPF)，也称为电力线路功率调节器(Active Power Line Conditioner,缩写APLC)。

它把PF结构简单、容量大的特点和APF 补偿性能好的优点有机结合在一起，进行谐波电流补偿，消除干扰，较好地解决了配电系统发生的绝大多数电能质量问题,具有较高的性价比。

由无源和有源滤波器构成的混合滤波器有两种基本联结方式：串联型混合滤波器(SHAPF)、并联型混合滤波器(PHAPF)和串-并联混合型有源电力滤波器。

串联APF与并联无源滤波器PF组成的混合有源电力滤波器(Serial Hybrid Active Power Filter,简称SHAPF)，是1988年由F.Z.Peng提出的。结构如图4所示，图中APF可看作是电流控制电压源，由于PF的存在避免了电源电压直接加在APF的逆变桥上。大部分谐波由成本较低的无源滤波器滤除，因此APF的容量可以很小，装置的容量可以做得很大。

串联APF可以看成是与系统串联的受控电压源，其输出电压和谐波电流成正比。该方案结合了无源滤波器和有源电力滤波器的优点，具有很好的滤波性能，而且容量较小，适于高电压系统的应用；缺点是对电网中的谐波电压非常敏感。

图4 串联APF与并联PF组成的混合有源电力滤波器的结构图

并联型混合滤波器PHAPF结构分为并联APF与并联PF、并联APF与串联PF组成的混合有源电力滤波器。主要适用于APF与PF分段抑制谐波的场合，如APF抑制低频段，PF抑制高频段，反之亦然。

图5 并联APF与并联PF组成的混合型有源电力滤波器的结构图

图5是并联APF与并联PF组成的混合型有源电力滤波器的结构图。PF主要补偿较高次的谐波，是一个高通滤波器。APF起谐波补偿的作用，因此，APF的容量很小。但是并联APF与并联PF的结构要承受基波电压，不适合高压系统的应用；同时，在APF与PF之间以及电网与APF之间存在着谐波通道，可能使APF注入电网的谐波又流入PF及系统中。

图6为并联APF与串联PF组成的混合型有源电力滤波器的结构图，该方式中，由于PF主要补偿谐波和无功，PF装置体积大，费用高，不适合于要求大容量无功补偿的场合。

APF对PF起补充作用，由APF消除残余谐波电流，改善PF的滤波特性，并同时具有消除PF与系统阻抗的谐振和参数变化对滤波系统性能的影响，APF不承受交流电源的基波电压，因此装置容量比较小，初期投资低。同时具有安装、维护简单的优点，无功和谐波补偿效果较好的特点。

但由于变压器的耦合作用，使基波无功电流流过APF，这样就增大了APF的容量，限制了APF在大型变电站的应用。

图6 并联APF与串联PF组成的混合型有源电力滤波器的结构图

1994年，akagih.等提出一种将串联型APF和并联型APF进行混合的方式，它综合了串联型APF和并联型APF的优点，组成一个完整的用户电力装置来解决电能质量的综合问题，称之为统一电能质量调节器（UPQC）。原理框图如图7所示。

串联的APF将电源和负载及无源滤波器隔离，阻止电源谐波电压流入负载端，同时使负载谐波电流无法流入无源滤波器；并联的APF则提供一个零阻抗的谐波支路，使得负载中的谐波电流不会在无源滤波器上产生谐波电压。

因此这种统一电能质量调节器可以实现短时间不间断供电、蓄能、无功补偿、抑制谐波、消.除电压波动及闪变、维持系统电压稳定等功能，被认为是最理想的有源滤波器的结构。这种结构即可用于三相系统，又可以用于单相系统。但是其主要缺陷在于成本较高和控制复杂。

图7 串-并联混合型有源电力滤波器结构图

在电力电子装置的应用日益广泛，谐波污染问题日益严重的今天，有源电力滤波器是治理谐波的有效工具，也是解决目前我国电能质量污染日益严重状况的有效措施。

由于有源电力滤波器容量大、成本高，运行时需要消耗大量的电能，制造大功率、响应速度快的有源电力滤波器存在着一定的困难，这就限制了APF的推广使用，特别是在变电站或大型工矿企业这种高压大功率场合，更难以得到应用。

所以，进一步改进和提高混合型有源电力滤波器的组合方案和工作性能，满足多种补偿要求，已逐渐成为谐波抑制领域热门的研究课题，也是未来有源滤波技术的发展方向。

（本文选编自《电气技术》，原文标题为“有源电力滤波器在电网谐波治理中的应用”，作者为李崇华。）