引言

    随着各种非线性、不平衡负载的出现，电网中产生了大量的谐波和无功，使得电网能量损耗增加，电能质量下降，供用电设备寿命缩短。因此，解决电力系统谐波抑制及无功补偿问题变得日益迫切。传统的方法是使用无源电力滤波器[1]，其优点是结构简单，可靠性高。但由于存在只能消除特定次谐波、易受系统参数影响发生谐振的缺点，在20世纪80年代以后APF逐渐取代无源滤波器成为抑制谐波、补偿无功的主要手段。APF[2]通过向电网注入与负载谐波和无功电流大小相等、方向相反的补偿电流，使电网的谐波和无功为零。它能够动态的补偿任意次谐波和无功，且运行时不易受系统参数的影响，安全可靠性高。

    目前，对APF的研究主要集中在拓扑结构[3-7]、电流的检测方法[8-13]和电压电流的跟踪控制方法[14-25]上。本文对这几个方向的研究现状分别进行了叙述,并在此基础上阐述了APF的发展趋势，提出将忆阻器应用到有源电力滤波器中的设想，对有源电力滤波器的研究具有理论指导意义。

    1 APF的拓扑结构

    随着APF技术的发展，已出现了多种拓扑结构：单独型（串联型，并联型）；混合型(APF与无源滤波器混合)，串-并联型APF。

    (1) 并联APF：APF与负载并联接入系统，通过产生与谐波电流大小相等，方向相反的补偿电流，使负载电流为正弦波。它能够对电流源型非线性负载和平衡三相系统进行谐波抑制和无功补偿。但由于APF需要承受基波电压，限制了它在大功率场合的应用，另外传统的并联型APF使用单个大电感滤波器，大电感必然导致较大的输出阻抗，影响补偿性能。用电感和电容组合成LCL滤波器取代电路中的电感，能够使电路获得较高的高频衰减率，改善系统性能，是目前的研究热点。

    (2) 串联型APF：串联型APF通过变压器与负载串联，能够消除三相不平衡和电压敏感性负载的电压谐波。但由于有很高的负载电流流过APF，会使变压器的额定参数上升，损耗增加，限制了其应用。文献[5]提出将APF串联到直流侧，通过控制两个有源开关，改变储能电容的极性，实现对电感电流的连续控制，从而达到抑制谐波的功能。并且2个有源开关管工作在同一频率下，能够使控制电路和驱动电路得到简化，降低成本。

    (3) APF与无源滤波器（passive filter，PF）混合型：串联APF与并联PF混合型和并联APF与并联PF混合型是两种基本结构，其中PF分担大部分谐波，APF只起到补偿所需各次谐波和改善系统性能的作用，从而可以提高系统的容量等级, 降低系统成本。APF与PF串联后并联接入，系统相当于电流控制电压源，APF只需产生与谐波电压成比例的补偿电压，适合于高压系统。且注入变压器连接在PF的中性点上，使得绝缘和维护比较方便。串联谐振注入式APF和并联谐振注入式APF都是利用电容、电感在基波频率处发生谐振的特性，使APF承受的电网基波电压降低。但是为了能够具有较好的谐波注入能力，就会选择较大注入电容，容易造成无功过多，影响电网运行。文献[6]提出一种混合结构，使有源部分通过耦合变压器与由L2、C2构成的串联谐振支路并联再与L1、C1构成的并联谐振注入支路串连接入电网。在谐波域有源部分只承受L2、C2上分到的很小的谐波电压，从而有效降低有源部分模块的容量，降低了系统成本。

    (4) 串-并联型APF：系统由串联APF和并联APF组成，它兼具串联和并联APF的特点，并联APF主要用于谐波抑制和无功补偿，串联APF主要用作隔离和电压调节。又被称作统一电能质量调节器，是现阶段APF研究的热点。但是系统结构复杂、控制困难，有待进一步研究。

    (5) 开关电容滤波器：这是一种新的电路结构，它将开关器件和容量较小的电容、电感进行组合，通过控制开关的通断，可以滤除谐波、向系统提供无功，从而取代传统的APF主电路中大储能元件和变流器，有效简化了电路结构，减小了体积，降低了成本和电路容量。