并联型有源电力滤波器的补偿策略优化

并联型有源滤波器可以设计成全谐波滤波器，即对负载电流中的所有谐波分量（通常有最高谐波次数限制）进行滤波，也可以设计成特定次谐波滤波器，即仅对某一次或某几次预先特别设定的谐波进行滤波。

（1）全谐波滤波器

通常所说的有源滤波器基本上指全谐波滤波器。在全谐波滤波器中，谐波检测出来的是负载电流中的总谐波分量，而且采用总谐波分量进行PWM调制，本章前几节所讲均为全谐波滤波器。

（2）特定谐波滤波器

许多非线性负载所产生的谐波电流主要集中在个别的几次谐波上，因此，可以设计一种具有谐波选择性的有源滤波器，仅对某些次数较低、幅值较大的特定次谐波进行有源补偿，其余次数较高、幅值较小的谐波可由无源高通滤波器来解决。

设三相负载对称，负载电流可表示为

式中，i_load.1、i_load.h分别为负载电流的基波分量和h次谐波分量，H为负载谐波次数的集合。作为特定次谐波补偿的有源滤波器，其补偿电流为负载谐波电流的一个子集M，可表示如下：

补偿后网侧的电流i_s为

理想情况下，有

此时

因此，APF的谐波电流指令值就是拟补偿的负载特定次谐波电流之和：(www.xing528.com)

图5-32给出了仅补偿5次和7次谐波的特定次谐波APF的指令电流计算原理。关于单次谐波电流分量的检测方法可参考5.2节的相关内容。

图5-32 特定次谐波补偿电流指令的计算原理

图5-33给出了特定谐波APF与无源高通滤波器的混合使用方案，APF仅补偿5、7、11和13次比重较大的谐波电流。利用PSIM建立了相应的滤波器仿真模型，电网额定电压380V，电源等值内电抗100uH；整流器最大负载电流100A；APF的直流侧电压设定为800V，串联电抗器为1mH，开关频率10kHz，预测电流控制方式；无源高通滤波器的滤波电容为660μF、滤波电感为91μH、滤波电阻为0.5Ω。

图5-33 特定谐波滤波系统仿真模型

图5-34为APF单独滤波时的滤波效果，图5-35为APF与无源高通滤波器混合滤波时的滤波效果，i_H为电源电流中除基波分量外的总谐波成分。表5-1给出了补偿前后的谐波分析结果，可以看出，APF对特定次谐波滤除效果良好，对其他次谐波几乎毫无作用。若APF与无源高通滤波器混合使用，可取得更好的综合滤波效果。

图5-34 特定次谐波APF的滤波效果

图5-35 混合滤波器的滤波效果

表5-1 特定次谐波APF补偿前后对比表