直流有源电力滤波器的基本原理

　　一般来说，谐波是交流系统中的概念，而纹波是针对直流系统来讲的，二者有区别，更有联系。交流滤波，是希望滤除工频（基波）分量以外的所有谐波分量，保证电源的正弦性。交流系统的电流畸变主要是由非线性负载引起的。而直流滤波，是希望滤除负载中直流分量以外的所有纹（谐）波分量，这些纹（谐）波分量主要是由直流电（压）源（一般是由交流电源整流获得）中的纹波电压分量在负载中引起的。而通过傅里叶分析可知，直流系统中的纹波分量也是由各次谐波分量构成的。在这个意义上讲，交流系统和直流系统中抑制谐波的目的是相同的：抑制不希望在电源或负载中出现的谐波分量。

　　直流有源电力滤波器（DCAPF）与交流有源电力滤波器，也就是我们一般所说的有源电力滤波器（APF），都是采用主动的而不是被动的方法或手段去吸收或消除谐（纹）波。因而直流有源电力滤波器和交流有源电力滤波器的工作原理是相同或相近的。但是，由于作用的对象不同，直流有源电力滤波器也有自己的特点。

　　与交流有源电力滤波器相似，按照其与直流负载的联结方式，直流有源电力滤波器也可分为串联直流有源电力滤波器和并联直流有源电力滤波器，分别如图1和图2所示。串联直流有源电力滤波器的工作原理是：检测整流器经平波电抗器（无源滤波器）后的输出电压，如图1所示，通过低通滤波器将纹波电压分离出来，用此信号控制直流有源电力滤波器的输出电压，并使与的大小相等，相位相反，从而达到显着减小直流负载中纹波电流的目的，在理论上完全可以使直流负载中不存在纹波电压。这里，直流有源电力滤波器相当于电压控制电压源（VCVS）的逆变器。严格地讲，采用串联直流有源电力滤波器时，可以不必串联平波电抗器。

　　图1串联直流有源电力滤波器

　　图2并联直流有源电力滤波器

　　并联直流有源电力滤波器的工作原理是：检测平波电抗器（无源滤波器）的输出电流Id＋ih，如图2所示，通过低通滤波器将纹波电流ih分离出来，用此信号控制直流有源电力滤波器的输出电流iah，使ih与iah的大小相等，相位相同（如图示方向），从而使直流负载上的纹波电流分流，达到减小直流负载中纹波电流的目的。这里，直流有源电力滤波器相当于电流控制电流源（CCCS）的逆变器。也可以检测整流器经平波电抗器后的输出电压，如图2所示，通过低通滤波器将纹波电压分离出来，用此信号控制直流有源电力滤波器的输出电流iah，使直流负载上的纹波电流分流，同样可以达到降低直流负载中纹波电流的目的。在这种情况下，虽然直流有源电力滤波器在理论上不能彻底消除负载端的纹波电流，但可以使其大幅度地衰减。这时，直流有源电力滤波器相当于电压控制电流源（VCCS）的逆变器。

　　从上面介绍的直流有源电力滤波器的工作原理可以看出，串联直流有源电力滤波器所抑制的是纹波电压，它通过全额负载电流。当负载电流较大时，直流有源电力滤波器必须采用多个器件并联运行，损耗也比较大，这是它的缺点。串联直流有源电力滤波器比较适合于对纹波电流要求低的电感量较小或纯阻性的直流负载。

　　并联直流有源电力滤波器通过使谐波源产生的谐波电流分流达到抑制直流负载纹波的目的，它承受全额负载电压。而在稳定/脉冲直流电源中，这个电压不会太高，器件完全能够承受。当纹波电流比较低时，用较小的纹波电流来控制直流有源电力滤波器比较困难，这时宜采用检测纹波电压来控制直流有源电力滤波器，使纹波电流分流。并联直流有源电力滤波器比较适合于电感量较大直流负载。