0 引言
目前，供电（Power-Supply，缩写为PS）系统中急待解决的现实问题是提高电能的质量。该问题的迫切性，很大程度上与迅猛发展的变换器技术及其广泛的应用密切相关。变换器负荷的非线性特性，导致PS系统中电流、电压曲线的畸变。电流和电压波形曲线的非正弦度，对PS结构中各种电气设备的工作起不利的负面影响，显著缩短PS装置的使用寿命。因此，降低电流、电压曲线的非正弦度。是近代供电和用电刻不容缓的最重要任务之一。
1 滤波器及其工作原理
滤波器是通过对沿着一个导体流动的信号造成阻抗的不连续性来达到对该信号滤波的目的。这个阻抗不连续性越大，被滤波信号的衰减也就越大。滤波器就是为衰减沿着导体流动的无用频率电流而设置的。滤波器的滤波性能可用衰减——频率曲线来表征。
降低PS系统中电流和电压曲线的非正弦度，其传统方法之一是利用无源滤波器（PF）——对高次谐波产生谐振所构成的LC电路。无源滤波器的主要优点为成本低，但存在一些严重缺点，诸如可靠性不高；滤波器中电感和电容参数在工艺上的分散性；发生危险谐振现象的可能性；以及装有滤波器时对PS系统瞬变过程的不良影响等。因而使其应用范围大幅缩减和受到局限。
随着电力电子（PE）技术的发展，现已具备研制高次谐波有源滤波器（AF）的可能性。四象限变换器在其本身基础上可完全控制电力半导体仪器，而有源滤波器则确保对高次谐波具有高的滤波效率。最普通的并联型AF作用原理是：在与负荷高次谐波电流的反相位产生高次谐波电流（图1）。这样，高次谐波电流就在滤波器和负荷之间循环，不会随后进入电网电源。现批量生产的AF额定电流已达450A。但涉及装置容量大的高成本，限制了有源滤波器的广泛应用。因此，在四象限平面的小型电子变换器基础上，对无源滤波器（PF）与有源元件（调节器）组合的混合式滤波器（图2）的研制是非常必要而有意义的。
藉PF对频率的调谐，提高滤波效果和阻尼PS·滤波系统中的谐振现象。有了调节器（reg）则可校正调控PS系统的频率特性。由于PF的作用，电力电子调节器的装置容量小。结果，与单纯有源滤波器不同，带有调节器的滤波器（混合式滤波器）在解决PS系统的重要课题中，将变成最具竞争能力的理想滤波装置。
2 混合式滤波器的柘朴方案
图2给出了混合滤波器柘朴的几种可能方案。显然，为通过调控装置获得系统中有关高次谐波的信息，可以利用PS系统中各种不同的电流和电压。例如，电网电流，负荷电流，PF的电压等。这样，将含高次谐波的输入信号，有源部分接入的位置以及工作信号的形成方法几方面综合考虑，就可减轻无源滤波器的不利因素，提高其利用效率。尤其重要的是由调节器等效建立的虚拟阻抗的位置，但这不一定是调节器实际接入的位置。
3 混合式滤波器的调控
研究混合滤波器时可利用一般方法，将调节器视为带输入阻抗控制的二端网络。具有正的有效电阻（消耗能量）和负的有效电阻（发出能量）的二端网络，其功效受储能器的电力容量限制；而带电感性或电容性输入阻抗工作时则不受限制。由此，调节器在供电系统中可建立不同特性的阻抗。故利用调节器可改变系统中谐振频率的位置，也能降低谐振峰的幅值。类似地，调节器还可影响到无源滤波器在调谐频率下的阻抗。结果，PF在谐振频率下将增大高次谐波电流的幅值，也即提高滤波的效果。
图3给出了混合滤波器调控系统的基本调节通道，这与形成操作信号的通道是对应的。除基本通道以外，调控系统还包含2个辅助调节通道：预定用于在滤波器的接入点与电压主频率的同步，和用于变换器储能电容上的电压稳定。为了分离出必需的谐波分量或分离出滤波调节器中输入信号的频谱，被广泛认可的是采用基于同步坐标变换的方法。利用直接变换，使3相系统的矢量与随电网频率旋转的坐标2相系统中唯一矢量的投影相对应。该方法的优点是可高精度地分离出必需的非正弦输入信号的频谱。
调节通道中获得的信号X′，是从输入信号X中扣除电网基波频率分量的信号。随后，操作信号形成单元将按一种调节方式进行调节。包含信号X′中的高次谐波频率则建立电力电子式调节器一定的特性和阻抗值。
作为调节器的输入变数X，可利用供电系统中具有所需频谱成分的任何电流和电压。必须指出，解决调节器的课题与调节器输入信号的频谱成分有关。显然，为提高无源滤波器在调谐频率下的滤波质量，仅对该频率输入信号的谐波进行充分的精确处理。这种情况下，调节器的装置功率，比利用全部信号频谱时的功率显著减小。此外，变换器中信号调幅器的任务也更为简化。而且，仅利用调节器输入信号的宽频谱，就可产生调节器阻尼系统中的谐振现象。
4 混合滤波器可能的功效、柘朴及调控系统特点之间的关系
可选用图1供电系统中的高次谐波电压和电流作为输入信号：如负荷电流IH，电网电流IC，无源滤波器电流IΦ以及PF接入点的电压等。应该说明的是，利用负荷电流因不能判断出PS-滤波系统中谐振的发生，故存在本质上的缺点，仅为提高PF调谐频率下的滤波质量时才利用负荷电流。此时，与电网高次谐波电压完全无关系而增加了调节的稳定性，这是负荷电流信号较之其它信号的优点。然而，如利用电网电流或滤波器电流作为调节器的输入信号，从理论上既可提高滤波器调谐频率下的滤波效果，又可阻尼供电系统中的谐振现象。因此，以电网电流或滤波器电流作为输入信号的混合式滤波器这一调控方案是最有应用与发展前景的。
在不同的输入信号和调节方式下评价混合滤波器柘朴的功效时，不仅应考虑到非线性负荷电流的非正弦度，而且还有实际供电系统中可能存在的电源电压的非正弦度。供电系统的电压非正弦度同样会导致系统发生谐振，并附加地以高次谐波电流加载于无源滤波器（供电·滤波回路中的串联谐振）。为评价不同柘朴的功效，采用了某些假定：允许将负荷电流高次谐波源想象为非线性负荷；将电网电压高次谐波源想象为电网电源的非正弦电压。其次，利用等效源方法，可视为由电网高次谐波电压源和负荷高次谐波电流源单独建立的电网电流分量。
为在不同输入信号下评价混合滤波器柘朴效果，已引入带非线性用电设备和混合滤波器的供电数字模型。利用组合程序库DrCad9.2能充分简单地获得所需的频率特性。
分析时，利用了典型低压3相电网的下列原始数据：电网单相的等值电感LC=300微毫亨（利）。典型的5次谐波无源滤波器：滤波电容CΦ=249微法（法）；滤波电感LΦ=1.6毫亨；滤波电阻RΦ=0.25欧（典型质量因数Q=10）。进行模拟试验的频率范围为100HZ~1kHZ，涵盖了电力上最重要的高次谐波分量。
模拟试验的结果表明，当存在非正弦的电网电压时，因为以电网电流/滤波器电流作为调节器的输入信号，这对高次谐波的加强提供了前提条件，故利用调节器与无源滤波器的并联（图2、a）是不适宜的。因此而限制了这一解决方案的应用。但是，如果电网电压为正弦波形，则无论电网电流或是滤波器电流，与工作信号形成单元中实现比例式调节的组合，就能给出最好的结果。这种情况下，以滤波器电流工作时，调节器等效于接通一与电网阻抗串联的感抗。同样，调控系统以电网电流工作时，调节器等效于添加一并联无源滤波器阻抗的虚拟感抗。结果，两种情况下调节器均起到了阻尼供电—滤波系统中谐振的作用，并提高了无源滤波器调谐频率下的滤波质量。
分析以滤波器电流作为输入信号的图2、b柘朴，说明了在这种情况下，调节器的工作相应于接入一与PF电路串联的虚拟阻抗。显然，此时由于相互特性的互相排斥，不可能同时确保阻尼谐振和提高无源部分调谐频率下的滤波质量。也即，虽经调节的滤波器也不可能是全功效的。而以电网电流作为调控系统输入信号的图2、b柘朴，其模型试验的结果示于图4。从图中可见，利用电网电流作为输入信号，确保了混合滤波器的全功效。此时，调节器等效于添加一与电网阻抗串联的有效感抗。为确保低频范围内PS·滤波器系统谐振频率的偏移，电感分量显示的作用最大。从图4还可看到为了抑制由非正弦电网电压引起的电网电流高次谐波，必须提高放大的效果。
分析图2、c的柘朴表明，按滤波器电流IΦ工作时，调节器的虚拟阻抗是与无源滤波器电路串联配置的。如上所述，这一解决方案不能确保带有调节的滤波器的全功效。而按电网电流IC工作的图2、c柘朴，由操作信号形成单元实现的三项调节方式，其频率分析的结果示于图5、图6。在所有情况下，调节器均可等效于接入电网的有不同特性的阻抗。按图5，对应于有效电阻特性的比例式调节器以及对应于有效感抗特性的比例一微分（PD）式调节器具有优越性。其阻抗是由于混合滤波器的调节器接入的等效阻抗。因而利用这种调节器，在PS·滤波器系统中就不存在高次谐波的放大。同时，在无源滤波器的调谐频率下，滤波质量的提高将近2倍。
分析结果的比较说明：图2、b的柘朴及以电网电流作为调控系统的输入信号是有应用发展前景的。对于这种情况，混合滤波器的调节器等效于添加一与电网阻抗串联的阻抗。结果，无论在滤波器的调谐频率下，或是在重要的高次谐波全频率范围内，不仅可提高滤波质量，同时还能阻尼谐振现象。此时，即使已出现非正弦的负荷电流，或非正弦的电网电压，在传递函数放大效果相对较小的情况下，系统内不存在放大高次谐波的不利影响。

5 结论
1．混合式滤波器是降低供电系统中电流、电压非正弦度的具有发展前景的新型滤波装置。除电力电子（PE）部分的功率小以外，对现有无源滤波器装置能进行现代化改进，是混合滤波器的附加优点。
2．混合滤波器能确保高质量的滤波性能，同时又能阻尼供电系统中产生的危险谐振现象。
3．混合滤波器的特点是：装置的实用功效与其柘朴、调节方式、以及包含PS中有关非正弦度信息的操作信号的形成等均有关系。
4．已进行的分析表明：当有源元件并联或串联接入滤波器的无源部分时，利用按电网高次谐波电流的反馈是有效的。此时充分消除了无源滤波器的缺点，也即完全实现了混合滤波器可能的实用功效。

参考文献(略)