【正文】 別為： （） （）利用式（）、（）對(duì)以上兩式進(jìn)行變換可得 （）式中： ， 。三相電路瞬時(shí)有功電流 和瞬時(shí)無功電流 分別為： （） （）三相電路瞬時(shí)無功功率q和瞬時(shí)有功功率p分別為： （） （） 坐標(biāo)系中的電壓、電流矢量把式（）、（）及帶入式（）、（）中，并寫成矩陣形式得出： （）式中： 。 （） （） 式中，矢量、 和、 分別可以合稱為（旋轉(zhuǎn)）電壓矢量和電流矢量。為分析問題方便，把它們變換到兩相正交的坐標(biāo)系上研究。下面將介紹的是以瞬時(shí)有功電流和瞬時(shí)無功功率為基礎(chǔ)的理論體系，以及它與傳統(tǒng)功率定義之間的關(guān)系[1,8]。所以在控制補(bǔ)償電流的同時(shí)，必須要保持直流側(cè)電壓基本不變[2]。直流側(cè)電壓的波動(dòng)將會(huì)引起逆變器產(chǎn)生的補(bǔ)償電流的變化，從而影響濾波器的補(bǔ)償性能。分析了有源濾波器的基本工作原理，給出了其基本類型，對(duì)其主電路形式作了分析和比較，針對(duì)有源濾波器的諧波電流檢測和控制策略這兩個(gè)重點(diǎn)，討論了多種實(shí)現(xiàn)方法并進(jìn)行了比較。從原理上看，廣義有源濾波器是一種新型非跟蹤型有源濾波器，其控制系統(tǒng)比較簡單，是一種構(gòu)思較新穎的有源濾波器模式。以上的有源濾波器控制方法都是基于跟蹤非線性負(fù)荷諧波進(jìn)行控制的思想，其測量和控制系統(tǒng)都比較復(fù)雜。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，無差拍控制法及其它快速優(yōu)化控制法將得到進(jìn)一步研究和應(yīng)用。在小功率三相電路上的實(shí)驗(yàn)表明，該方法對(duì)暫態(tài)擾動(dòng)響應(yīng)速度快，并能提供完全優(yōu)化的三相開關(guān)模式，獲得較好的補(bǔ)償效果。但是，由于計(jì)算量很大，而且對(duì)系統(tǒng)參數(shù)依賴性較大，對(duì)于有源濾波器這樣一個(gè)非線性多變量系統(tǒng)而言，應(yīng)用無差拍控制法，目前仍不多。它以電流誤差等于零為目標(biāo)，根據(jù)第K個(gè)時(shí)刻的補(bǔ)償電流參考值和實(shí)際值，計(jì)算K+1時(shí)刻的電流參考值及各種開關(guān)狀態(tài)下逆變器電流輸出值，選擇使電流誤差最小的開關(guān)模式作為第K+1時(shí)刻的開關(guān)狀態(tài)。它的缺點(diǎn)是：由于逆變器開關(guān)頻率在滯環(huán)帶內(nèi)變化不定，造成過大的脈動(dòng)電流和開關(guān)噪聲；對(duì)于無中線連接的逆變器，三相間的控制不獨(dú)立，會(huì)產(chǎn)生相間干擾；該方法也不利于快速暫態(tài)控制。很明顯，系統(tǒng)的開關(guān)頻率，響應(yīng)速度和電流的跟蹤精確度均受帶寬影響。但另一方面，高頻的三角波將使逆變器始終以高頻狀態(tài)工作，從而產(chǎn)生較大的開關(guān)損耗和高頻失真，在大功率應(yīng)用中受到限制。有源濾波器補(bǔ)償電流的控制仍屬于逆變器PWM電流控制的范疇，主要有以下幾種方法:（1）三角波調(diào)制法三角波調(diào)制法是最簡單、常用的一種逆變器PWM電流控制法，它將調(diào)制后的電流實(shí)際值與參考值之間的偏差與高頻的三角調(diào)制波進(jìn)行實(shí)時(shí)比較，得到它們的交點(diǎn)作為逆變器開關(guān)動(dòng)作的依據(jù)。這些方法能否應(yīng)用于工程實(shí)際，還有待于進(jìn)一步驗(yàn)證。例如基于小波變換的諧波電流實(shí)時(shí)檢測法，小波分析是時(shí)頻分析的一種工具，克服了傅里葉分析在頻域完全局部化而在時(shí)域完全無局部性的缺點(diǎn)，尤其適合于非平穩(wěn)信號(hào)的分析與處理。可以認(rèn)為，自適應(yīng)電流檢測法是一種有發(fā)展前途的新方法。（4）自適應(yīng)電流檢測法該方法基于自適應(yīng)干擾對(duì)消原理，把電壓作為參考輸入，負(fù)載電流作為原始輸入，電壓經(jīng)自適應(yīng)濾波器處理后，輸出一個(gè)與負(fù)載電流基波有功分量幅值、相位均相等的信號(hào)，將此信號(hào)從負(fù)載電流中扣除，得到高次諧波和無功電流分量的總和?？梢?，該方法具有很好的實(shí)時(shí)性。檢測諧波電流時(shí)，因被檢測對(duì)象電流中諧波的構(gòu)成和采用的濾波器的不同，會(huì)有不同的延時(shí)，但延時(shí)最多不超過一個(gè)電源周期。當(dāng)系統(tǒng)為三相四線制時(shí)，可以運(yùn)用 、 運(yùn)算方式進(jìn)行測量，但需增加一個(gè)加法器和三個(gè)減法器。當(dāng)電壓對(duì)稱但有畸變時(shí)，對(duì)于 、 運(yùn)算方式，畸變電壓的諧波成分在運(yùn)算過程中不出現(xiàn)，因此檢測結(jié)果準(zhǔn)確不受影響，而只要電網(wǎng)電壓有畸變，、法的檢測結(jié)果都會(huì)有誤差。從計(jì)算量看， 、 運(yùn)算法占優(yōu)勢，更適合電流的快速檢測。其優(yōu)點(diǎn)是可以選擇擬消除的諧波次數(shù)，缺點(diǎn)是需要一定時(shí)間的電流值，且需進(jìn)行兩次變換，計(jì)算量大，從而使檢測方法有較長的時(shí)間延遲，檢測的結(jié)果實(shí)際上是較長時(shí)間前的諧波和無功電流，實(shí)時(shí)性不好。該方法是建立在傅立葉分析的基礎(chǔ)上，因此要求被補(bǔ)償?shù)闹C波信號(hào)波形是周期變化的，否則會(huì)帶來較大誤差。此外，這種方法還存在設(shè)計(jì)困難、誤差大、對(duì)電網(wǎng)頻率波動(dòng)和電路元件參數(shù)較敏感等缺點(diǎn)，因而目前已較少采用。時(shí)域電流檢測法在有源濾波器中應(yīng)用較廣。諧波電流的檢測可分為頻域和時(shí)域兩大類。 在對(duì)諧波及無功電流進(jìn)行補(bǔ)償?shù)倪^程中，實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地檢測出負(fù)荷電流的諧波及無功對(duì)于補(bǔ)償?shù)男Ч欠浅Ｖ匾?。與電壓型PWM變流器相比較，電流型有源電力濾波器雖有較高的可靠性，不會(huì)由于主電路開關(guān)器件的直通而發(fā)生短路故障，但在直流側(cè)需要數(shù)值較大的電感，有較高的損耗，因此在一般場合下使用較少。就其結(jié)構(gòu)而言，這兩種電路與變頻器、靜止無功發(fā)生器（SVG）等的主電路結(jié)構(gòu)基本相同，只是因應(yīng)用場合不同，要求不同，控制方法也不同。 有源電力濾波器的主電路形式 有源電力濾波器在實(shí)際應(yīng)用中往往要求容量較大，尤其是單獨(dú)使用有源濾波器的時(shí)候，當(dāng)采用單個(gè)PWM變流器不能達(dá)到容量要求時(shí)，通常采用多重化的主電路形式[1]。在各種APF中，單獨(dú)使用的并聯(lián)型有源濾波器是最基本的一種，也是工業(yè)實(shí)際中應(yīng)用最多的一種。，可以分為單相APF和三相APF。 并聯(lián)型APF與PF并聯(lián)使用 串聯(lián)HAPF 并聯(lián)型APF與PF串聯(lián)使用 串并聯(lián)HAPF，可以分為單個(gè)主電路有源電力濾波器和多重化主電路的有源電力濾波器。APF1串連于電網(wǎng)支路，注入電壓源使得對(duì)基波等效阻抗為零，對(duì)諧波則阻抗為無窮大；APF2串聯(lián)于無源濾波支路，改善LC濾波器的濾波特性。該方式中，諧波和無功主要是由LC濾波器補(bǔ)償，而有源濾波器通過注入諧波電壓使得LC支路對(duì)諧波呈現(xiàn)低阻抗，從而改善LC濾波器的濾波特性，克服無源濾波器易受電網(wǎng)阻抗的影響等缺點(diǎn)。由于較小的APF容量(典型值為補(bǔ)償功率的510%)引起了諸多的關(guān)注和研究。同時(shí)，有源濾波器還可抑制電網(wǎng)阻抗變化對(duì)LC濾波器的影響，防止電網(wǎng)與LC濾波器之間可能發(fā)生的諧振。這種方式是在并聯(lián)的負(fù)載和LC濾波器與電源之間串入有源電力濾波器，諧波基本上由LC濾波器補(bǔ)償，而有源濾波器的作用是改善LC濾波器的濾波特性。這種方式的設(shè)計(jì)要點(diǎn)是必須使得無源和有源部分各自承擔(dān)的諧波頻譜分離，否則，有可能造成諧波放大。LC濾波器包括多組單調(diào)諧濾波器及高通濾波器，承擔(dān)了絕大部分補(bǔ)償諧波和無功的任務(wù)。，這是由Takeda等人于1987年提出的。鑒于無源濾波器具有結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低廉等特點(diǎn)，于是APF與PPF相結(jié)合而成混合型APF,以實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)。值得一提的是，并聯(lián)有源電力濾波器和串聯(lián)有源電力濾波器具有對(duì)偶關(guān)系。串聯(lián)型APF被控制為一個(gè)諧波電壓源，輸出補(bǔ)償電壓以抵消由負(fù)載產(chǎn)生的諧波電壓，使供電點(diǎn)波形為正弦波。 單獨(dú)使用的并聯(lián)型有源電力濾波器（2）串聯(lián)型有源電力濾波器((Series APF)。這種類型的APF主要用于補(bǔ)償可看作電流源的諧波源，如直流側(cè)為感性負(fù)載的整流電路。的補(bǔ)償電流注入電網(wǎng)，使電網(wǎng)側(cè)電流成為與電網(wǎng)電壓同相的正弦波，從而達(dá)到凈化電網(wǎng)的目的。串聯(lián)型APF中流過的是正常負(fù)載電流，損耗較大；并且串聯(lián)型APF的投切、故障后的退出及各種保護(hù)也比并聯(lián)型APF復(fù)雜，因此使用范圍受到很大限制。并聯(lián)型APF與負(fù)載并聯(lián)接入電網(wǎng)，主要是用于電流型負(fù)載的諧波、無功和負(fù)序電流補(bǔ)償。但由于電流型主電路的直流側(cè)始終有電流流過，該電流將在電感的內(nèi)阻上產(chǎn)生較大的損耗，因此目前較少使用。電壓型APF的主電路直流側(cè)接有大電容，正常工作時(shí)其電壓基本保持不變?？梢钥闯鲇性礊V波器的主要優(yōu)點(diǎn)有： （1）實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，可對(duì)頻率和大小都變化的諧波以及變化的無功功率進(jìn)行補(bǔ)償，對(duì)補(bǔ)償對(duì)象的變化有極快的響應(yīng)； （2）可同時(shí)對(duì)諧波和無功功率進(jìn)行補(bǔ)償，且補(bǔ)償無功功率的大小可做到連續(xù)調(diào)節(jié)；（3）補(bǔ)償無功功率時(shí)不需貯能元件；補(bǔ)償諧波時(shí)所需貯能元件容量也不大；（4）即使補(bǔ)償對(duì)象電流過大，有源電力濾波器也不會(huì)發(fā)生過載，并能正常發(fā)揮補(bǔ)償作用； （5）受電網(wǎng)阻抗的影響不大，不容易和電網(wǎng)阻抗發(fā)生諧振； （6）能跟蹤電網(wǎng)頻率的變化，故補(bǔ)償性能不受電網(wǎng)頻率變化的影響； （7）既可對(duì)一個(gè)諧波和無功源單獨(dú)補(bǔ)償，也可對(duì)多個(gè)諧波和無功源集中補(bǔ)償。這樣，補(bǔ)償電流與負(fù)載電流中的諧波及無功成分相抵消，電源電流等于負(fù)載電流的基波有功分量。上述原理可用如下的一組公式描述: （） （） （） （）式中，—負(fù)載電流的基波分量。例如，當(dāng)需要補(bǔ)償負(fù)載所產(chǎn)生的諧波電流時(shí)，有源電力濾波器檢測出補(bǔ)償對(duì)象負(fù)載電流的諧波分量，將其反極性后作為補(bǔ)償電流的指令信號(hào)，由補(bǔ)償電流發(fā)生電路產(chǎn)生的補(bǔ)償電流即與負(fù)載電流中的諧波分量大小相等、方向相反，而兩者互相抵消，使得電源電流中只含基波，不含諧波。目前主電路均采用PWM變流器。其中，指令電流運(yùn)算電路的核心是檢測出補(bǔ)償對(duì)象電流中的諧波和無功等電流分量，因此有時(shí)也稱為諧波和無功檢測電路。APF為有源電力濾波器。(4)基于MATLAB建立系統(tǒng)的仿真模型，根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算出有源濾波器的主電路的參數(shù)，并對(duì)其進(jìn)行了仿真分析驗(yàn)證，通過優(yōu)化直流側(cè)電壓控制環(huán)節(jié)的PI調(diào)節(jié)器參數(shù)，改善有源濾波器的濾波效果。(3)對(duì)并聯(lián)型有源濾波器系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計(jì)進(jìn)行理論推導(dǎo)。為此，論文采用PI調(diào)節(jié)器對(duì)有源濾波器直流側(cè)電壓實(shí)現(xiàn)控制，內(nèi)容安排如下：(1)介紹諧波的基本理論、諧波的產(chǎn)生和危害，LC濾波器、有源濾波器和混合濾波器的特點(diǎn)及有源濾波器的發(fā)展概況。逆變器正常工作需要穩(wěn)定的直流母線電壓，但是由于靠電容器提供能量，電容器的端電壓必然受電網(wǎng)和負(fù)載的能量狀況影響，隨著工況的變化而變化?；旌闲碗娏V波器綜合了有源濾波器和無源濾波器的優(yōu)點(diǎn)，又可以降低有源濾波器的容量，彌補(bǔ)無源濾波器參數(shù)易漂移及易與電網(wǎng)發(fā)生諧振的缺點(diǎn)，因而是一種很好的濾波方式。試驗(yàn)裝置投入運(yùn)行后，%%。1992年10月，由華北電力試驗(yàn)所、冶金部自動(dòng)化研究院和北京供電公司聯(lián)合開發(fā)研究的有源高次諧波抑制裝置在北京木材廠中心變電站投入工業(yè)運(yùn)行，并同時(shí)通過能源部和冶金部組織的技術(shù)鑒定。我國在有源電力濾波器方面的研究起步較晚，直到1989年才見到這方面的研究文章，1993年才見到實(shí)驗(yàn)性的工業(yè)應(yīng)用報(bào)道，但其中所采用的諧波和無功電流檢測方法陳舊，補(bǔ)償效果不理想。從實(shí)際投入的設(shè)備來看，有源濾波器與負(fù)載的連接大多將并聯(lián)型作為一種標(biāo)準(zhǔn)方式，主電路多為電壓型。在日本，有源濾波器技術(shù)已經(jīng)成熟，其產(chǎn)品開始進(jìn)入實(shí)用化階段，僅從1983年到1995年，就有455套有源濾波器投入實(shí)際運(yùn)行，容量范圍約由50kVA到60MVA。80年代至今，在工業(yè)和民用設(shè)備上開始廣泛使用有源濾波器，并且單機(jī)裝置的容量逐步提高，其應(yīng)用領(lǐng)域從補(bǔ)償用戶自身的諧波向改善整個(gè)電力系統(tǒng)供電質(zhì)量的方向發(fā)展。這一時(shí)期的一個(gè)重大突破是1983年赤木泰文等人提出了“三相電路瞬時(shí)無功功率理論”，該理論突破了建立在平均值基礎(chǔ)上的傳統(tǒng)無功功率概念，以該理論為基礎(chǔ)的諧波和無功電流檢測方法在有源濾波器中得到了成功的應(yīng)用，極大地促進(jìn)了有源濾波器的發(fā)展，目前已成為有源濾波器的主要基礎(chǔ)理論之一。進(jìn)入80年代以后，隨著電力電子技術(shù)以及PWM控制技術(shù)的飛速發(fā)展，GTO 、IGBT等大功率可關(guān)斷器件的出現(xiàn)和不斷進(jìn)步，對(duì)有源濾波器的研究逐漸活躍起來，成為電力電子技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。1976年，確立了有源電力濾波器的概念、主電路的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制方法，即利用可控的功率半導(dǎo)體器件向電網(wǎng)注入與原有諧波電流幅值相等、相位相反的電流，使電源的總諧波電流為零，達(dá)到實(shí)時(shí)補(bǔ)償諧波電流的目的。1971年， ，首次完整地描述了有源濾波器的基本原理。有源濾波器的發(fā)展最早可以追溯到本世紀(jì)60年代末，描述了通過向交流電網(wǎng)注入二次諧波電流來減少電源電流中的諧波成分，從而改善電源電流波形的新方法。（7）可對(duì)多個(gè)諧波源和無功源進(jìn)行集中補(bǔ)償。（5）由于裝置本身能完成輸出限制，所以不會(huì)因?yàn)檠a(bǔ)償電流過大而過載。（3）不會(huì)與系統(tǒng)發(fā)生串聯(lián)或并聯(lián)諧振，可以使已裝載的無源濾波器避免發(fā)生諧振。（2）諧波性能不受系統(tǒng)阻抗的影響。與無源濾波器相比，其具體優(yōu)點(diǎn)如下：（1）具有一機(jī)多能的特點(diǎn)。有源濾波器有源濾波器(Active Power Filter，APF)的基本原理是從補(bǔ)償對(duì)象中分離出諧波電流，由補(bǔ)償裝置產(chǎn)生一個(gè)與該諧波電流大小相等而極性相反的補(bǔ)償電流，從而使電網(wǎng)電流只含基波分量。（6）隨著電源側(cè)諧波源的增加，可能會(huì)引起濾波器的過載，電網(wǎng)中的某次諧波電壓可能在LC網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生很大的諧波電流。