图2 并联型apf＋并联pf的hapf
该方式利用无源部分滤除了大部分的谐波，所以其有源部分的谐波容量较小，且pf能够提供一定的无功功率，但逆变器仍然直接承受了基波电压，所以功率开关器件的耐压等级并没有降低。1990年fujita h.等人提出将apf与pf相串联后与电网并联的混合型方案，如图3所示。
图3 apf与pf串联后并联接入电网的hapf
这种方式利用无源部分承受了大部分的基波电压，所以逆变器承受的基波电压小，适合于高电压系统的应用。但由于流过无源部分的基波电流都流入逆变器，所以不能利用pf提供大容量的无功功率。利用无源元件lc的串、并联谐振特性，人们提出了注入式apf的结构。将lc对基波串联谐振电路作为有源部分的注入电路，能够大大降低apf承受的基波电压和容量，且可以利用无源元件提供无功功率，但其谐波容量相对较大，而且所能提供的无功容量有限。随着电力电子技术的发展，全控型功率开关器件（如可关断晶闸管gto和绝缘栅双极性晶体管igbt）的电压和电流额定值不断提高，成本不断降低，人们从双或多逆变器的方向提出了各种apf的拓扑结构，来满足工业应用的要求。1994年，akagi h.等提出一种将串联型apf和并联型apf进行混合的方式，如图4所示，也称为统一电能质量调节器（unified power quality conditioner，upqc）。
图4 并联型apf＋串联型apf的hapf
这种方式从理论上讲，可以抑制电压闪变、电压波动、不对称和谐波，但由于采用了双逆变器，所以存在控制复杂和成本高的缺点。
上述描述了并联型apf的发展现状，有源滤波器还有另外一大类——串联型apf，图5为典型的串联apf拓扑结构。
图5 单独使用的串联型apf
串联型apf单独使用方式能有效滤除电网的谐波电压，具有有源装置容量小和运行效率高等优点，但存在绝缘强度高、难以适应线路故障条件以及不能进行无功功率动态补偿等缺点，且负载的基波电流全都流过连接用的变压器，其工程实用性受到限制。在串联型apf单独使用方式基础上发展出的串联型apf混合型结构，也都同样存在绝缘强度高和难以适应线路故障的缺点。
3.2检测和控制理论的研究
根据apf的工作原理，要控制功率变换电路产生期望的谐波，一般要通过检测电路获取控制的参考信号，然后再利用控制电路产生控制信号去控制功率变换电路。因此，检测和控制算法直接影响到apf的补偿精度和补偿速度，是apf的关键环节。
通常apf需要实时补偿电网的谐波分量和无功电流（如果需要补偿无功功率），所以，对检测电路的快速性和准确性要求很高。但是这种检测任务和一般的谐波分析不同，它只需将基波或有功分量与谐波分量分离即可。目前，研究谐波检测方法的文献有很多。最早的谐波电流检测方法是采用模拟滤波器来实现，即采用陷波器将基波电流分量滤除，让谐波分量通过。这种方法存在难以设计、误差大、对电网频率波动和电路元件参数十分敏感等，因而已很少使用。随着数字化技术的发展，分别出现了基于频域分析的fft算法、基于fryze功率定义的检测方法、基于自适应噪声对消原理的自适应电流检测方法、基于瞬时无功功率理论的检测方法，这些谐波检测方法经过不断的改进，已经比较成熟，但是并没有一种理论可以广泛的适用于各种情况，每种检测方法都有一定的适用范围和误差，同时新的谐波检测方法也在不断的研究之中。
有源滤波器通过检测获得参考信号后，apf的接下来的任务就是实时跟踪参考信号了，这就要求对apf的控制有很好的快速性和准确性。从传统控制理论的角度来看，参考信号获取是给定，pwm逆变器是功率放大器，主电路中的无源部分是执行机构，电网及负载是被控对象，控制要做的工作只是设计控制器来提高控制系统的性能。有文献介绍的滞环控制方法以参考信号为基准，设计一个滞环带，当实际的补偿电流欲离开这一滞环带时，逆变器开关动作，使实际补偿电流保持在滞环带内，围绕其参考值上下波动。这种方法相当于在求取开关模式时引入了bang-bang控制算法，具有控制电路简单、响应速度快的优点，是应用最广泛的电流跟踪控制方法之一。但这种方法存在开关频率不固定、稳态误差不可消除的缺点。许多近期文献提出各种措施，对这种方法有一些改进。有文献分别提出了几种不同拓扑结构apf的滑模变结构控制方法，通过判别电流跟踪误差在切换曲面两侧中的哪一侧，直接选取相应的开关模式，控制率简单，系统响应迅速。而且，由于滑动模具有不变性，使得系统的鲁棒性较强。但是，现有的apf滑模变结构控制中，均是以跟踪误差为0构造切换曲面，控制率中只定义了误差不为0的情况。因此，该控制率类似于环宽为0的滞环控制率，属于有差调节，即误差为0时没有控制量产生，直到误差不为0时控制器才会被激活。另外常见于相关文献报道的控制算法包括基于无差拍控制方法、线性电流控制方法、单周控制法以及近年来一些智能控制算法。这些算法的出现对于apf的发展起了很大的促进作用。
本文关键字：滤波器 变频电源，变频技术 - 变频电源
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