无源和有源电力滤波器的组合使用技巧

LC无源滤波器结构简单，价格低廉，但只能对LC谐振频率相等的谐波电流陷波而达到负荷谐波电流的滤波，而且其参数变化影响滤波效果，更为重要的是它可能与系统阻抗一起引发某些频率谐波电流的“放大”，危害电力设备的安全运行。而有源滤波器则无这些问题，但有源滤波器造价高，控制也较复杂，同时由于电力电子开关器件的容量所限，单个变流器不可能做得很大，而且多电平、多重化又导致系统更为复杂。再者由于以上所介绍的有源电力滤波器由于交流电源的基波电压直接（或经变压器）施加到变流器上，且补偿电流全部由变流器提供，故要求变流器有较大的容量，这是这种单独运行的有源电力滤波器主要缺点。为了克服这个缺点，可以采用无源LC滤波器和有源电力滤波器组合使用的滤波方式。其基本思想是利用无源LC滤波器来分担电网负荷中绝大部分较低频率（5、7、11、13等次）特征谐波的补偿任务，而有源滤波器则仅用于补偿剩余的任意波形中的其他谐波电流，充分利用无源LC滤波器简单价廉和有源滤波器APF补偿特性好、响应快的优点，克服了单独使用LC或APF时的缺点，仅使用容量不大的有源滤波器，也能构成大容量、价廉的滤波器，并使整个滤波系统获得良好的性能。

并联型有源电力滤波器与LC无源滤波器混合使用的方式又可以分为三种：一种是有源电力滤波器APF与LC滤波器并联；一种是有源电力滤波器APF与LC滤波器串联；第三种是谐波注入电路方式。

1.APF与LC滤波器并联使用

图5-42a是有源电力滤波器与LC滤波器并联的一种方式。有源电力滤波器APF与LC滤波器均与谐波源并联接入电网，两者共同承担补偿谐波的任务，图中的LC滤波器主要补偿高次的谐波，是一个高通滤波器HPF。这里，高通滤波器一方面用于消除有源滤波器的变流器输出的补偿电流中因主电路中器件通、断而引起的开关频率的高次谐波，另一方面它可滤除补偿对象中（即负荷非线性电流中）次数较高的谐波，使有源电力滤波器只需补偿频率不太高的谐波电流，因为可降低器件的开关频率。对有源电力滤波器主电路中器件的开关频率要求不高，易于故实现大容量谐波电流的补偿。

图5-42b所示为有源电力滤波器APF与LC滤波器并联的另一种方式。在这种方式中，LC滤波器包括多组单调谐滤波器及高通滤波器，承担了绝大部分补偿谐波和无功的任务。有源电力滤波器APF的作用只是改善整个系统的性能，其所需的容量可大幅度降低。

图5-42 并联型有源滤波器与LC无源滤波器并联使用

从理论上讲，凡使用LC滤波器均存在与电网阻抗发生谐振的可能。因此在有源电力滤波器与LC滤波器并联使用时，需要对有源电力滤波器进行有效的控制，以抑制可能发生的谐振。

2.有源电力滤波器APF与LC滤波器串联方式

图5-43所示为有源电力滤波器APF与LC滤波器串联使用的原理图。谐波和无功功率主要由LC滤波器补偿，而有源电力滤波器APF的作用是改善LC滤波器的滤波特性，克服LC滤波器易受电网阻抗的影响、易与电网阻抗发生谐振等缺点。在这种方式中，有源滤波器不承受交流电源的基波电压，因此装置容量小。由于有源电力滤波器与LC滤波器串联后仍是与谐波源并联接入电网，故仍将其归入并联型滤波器。(www.xing528.com)

图5-43 并联型有源电力滤波器

3.谐波注入电路方式

图5-44是为降低有源电力滤波器容量而提出的又一种电路结构。有源电力滤波器的容量取决于其承受的电压和流过的电流。谐波注入电路方式正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，使得有源电力滤波器只需要承受很小的基波电流，从而极大地减小有源电力滤波器的容量。

图5-44 LC注入方式的并联型滤波器图

根据电感、电容电路谐振特性的不同，注入电路方式又分为LC串联谐振注入电路方式和LC并联谐振注入电路方式两种。图5-44a所示为LC串联谐振注入电路方式的系统构成原理图，图中C₂、L在电源电压的基波频率处发生串联谐振，基波电压绝大部分降落在电容C₁上。这样，有源电力滤波器APF只需承受其余的很小部分基波电压。电容C₁还可起到无功补偿的作用。

图5-44b是采用L₁、C并联谐振注入电路方式的系统构成原理图。在有源电力滤波器APF和电网之间串入在基波频率下并联谐振的L₁、C回路，基波电压绝大部分加在L₁、C并联谐振电路上，有源电力滤波器APF与L₂一样只承受很小部分的基波电压。该方式还有一个好处是只有很小的基波电流流过L₁与C的并联支路和L₂支路。

在注入电路方式中，为保证补偿电流流入电网，需合理配置注入电路中几个电感、电容的参数。此外，这里的有源电力滤波器不能补偿基波无功功率。