1.1 研究背景

电能是保证国民经济健康发展、人民正常生活、社会安定繁荣的主要能源。因此可靠的电能供应及优良的电能品质是一切工业生产活动顺利进行的不可或缺的条件。伴随着科技的进步人类社会进入21世纪，一方面爆发式的电力电子器件的广泛应用使得电力系统中的谐波含量出现了前所未有的增长，恶化了电力运行环境。另一方面随着微电子业及精密制造业等高精尖产业的发展，企业用户对高标准的电能质量要求也日益突出。日益高标准的电能质量要求与日趋严重的电力系统谐波污染形成了一对矛盾体。因此采用各种滤波技术对电力系统中谐波进行高效的治理是当前电力用户和电力供应部门的共识，也是一个具有重要实际工程价值的研究课题。

为了改善电能质量，减轻谐波对电网带来的危害，人们进行了大量的研究，提出了多种合理的方案。研究方向主要是以下两种：第一是改进电力电子装置，减少其产生的谐波；第二是增设谐波补偿装置，抵消谐波产生的影响。

由电抗器、电容器等组成的 LC 无源滤波器是增设谐波补偿装置的传统方法。这种方法的优点是结构简单，在补偿谐波的同时可以补偿无功；缺点是补偿特性易受电网特性的影响，会导致谐波放大，影响电网安全运行。此外只能补偿特定次的谐波，补偿效果也不理想。

鉴于无源滤波器的上述缺点，人们开始致力于有源电力滤波器的研究。有源电力滤波器（Active Power Filter―APF）是一种有效的谐波补偿装置，其基本思想是产生一个与谐波分量大小相等、方向相反的补偿电流，使之与电网中谐波相互抵消，从而使电网中的电流只含基波。由于有源电力滤波器的优越性，决定了其成为未来谐波补偿装置发展的重要趋势。与无源滤波器相比，其优点如下：（1）同时补偿多次谐波，补偿的范围较大；（2）对电网频率与幅值的变化进行实时的跟踪补偿；（3）不受电网阻抗的影响；（4）灵活性较高。可以同时对谐波、无功进行全部补偿；可以根据需要对谐波、无功分别进行补偿；也可以选择对特定次谐波进行补偿。因此，有必要对有必要对有源电力滤波器的原理及控制策略进行分析，并对如何提高有源电力滤波器的滤波效果进行深入研究。

1.2 国内外研究状况

国外对于有源电力滤波器的研究早就展开。20 世纪 60 年代，Bird 和 Marsh 发表了论文《Harmonic reduction in multiple converters by triple-frequency current injection》，这形成了有源电力滤波器的基本思想。H. Sasaki和 T. Machida 在 1971 年发表的论文《A new method to eliminate ac harmonic currents by magnetic compensation consideration on basic design》确定了有源电力滤波器的基本原理。

到了 1976 年，美国的 Gyugyi 提出了使用 PWM 逆变器来进行有源电力滤波器的设计，从而构成了有源电力滤波器的基本结构。但是，由于电力电子器件制造水平的限制，有源电力滤波器一直处于实验室的研究状态，未能在实际得到应用。进入 80 年代之后，随着器件工艺水平的提高，使得有源电力滤波器可以在较高频率下工作，从而满足了有源电力滤波器基本的跟踪控制要求。特别是在 1983 年，日本的赤木泰文（Akagi. H）等人提出的“三相电路瞬时无功功率理论”，解决了三相电力系统畸变电流的实时检测问题。该理论极大推动了有源电力滤波器的发展，随后又在实验室中研制出了实验装置，获得了成功。

如今，APF 在美国、日本、德国等工业发达国家，已经得到广泛的应用。投入到工业生产中的 APF，绝大部分是并联型的。目前，世界上主要的有源电力滤波器生产厂商有美国西屋、日本三菱、德国西门子、瑞士ABB以及法国施耐德等。

相比日本和欧美，我国在有源电力滤波器方面的研究较晚。20 世纪 90 年代，西安交通大学的王兆安教授在三相瞬时无功功率理论的基础上，得出了 ip-iq瞬时谐波电流检测方法。随后，西安交通大学于 1999 年成功研制了容量为 30kVA 的有源电力滤波器实验装置，并于 2002 年将一台容量为 120kVA 有源电力滤波器应用于某电源的谐波抑制。目前，清华大学、浙江大学、华中科技大学、华南理工大学等高校也积极投入到有源电力滤波器的研究中，取得了一些重要进展。当前，我国研究工作的重点是加快 APF 在工业现场的应用，提高实际应用水平。