APF（Active Power Filter，有源电力滤波器）是一种用于改善电能质量的关键装置，通过动态补偿谐波、无功功率及不平衡电流，确保电网电流的正弦化。以下是对APF的系统性总结：

1. 基本原理

• 谐波补偿：实时检测负载电流中的谐波成分，生成与之幅值相等、相位相反的补偿电流，实现谐波抵消。

• 无功补偿：通过控制算法调整补偿电流的相位，动态补偿无功功率，提高功率因数。

• 动态响应：相比无源滤波器，APF可适应负载变化，补偿频率范围更广。

2. 结构与类型

• 并联型APF：最常见，直接并联于电网与负载间，补偿电流谐波和无功。

• 串联型APF：串联在电网中，主要用于电压谐波和电压波动补偿。

• 混合型：结合无源与有源滤波器，兼顾成本与性能。

3. 核心组成

• 检测单元：采用瞬时无功功率理论（pq理论）、傅里叶变换或自适应滤波算法（如LMS）实时分析谐波。

• 控制单元：基于DSP或FPGA实现快速控制算法（如PI控制、重复控制、模型预测控制）。

• 逆变器主电路：通常为电压源型逆变器（VSI），通过PWM调制生成补偿电流。

• 直流侧储能：电容器维持直流电压稳定，影响补偿容量与动态响应。

4. 关键技术

• 谐波检测算法：需高精度、低延迟，pq理论因无需锁相环在非理想电网中更具优势。

• 锁相环（PLL）：确保与电网同步，新型PLL（如SRF-PLL）提升抗干扰能力。

• 调制策略：空间矢量PWM（SVPWM）优化开关损耗与谐波抑制。

• 多目标补偿：可同时处理谐波、无功、三相不平衡问题。

5. 应用场景

• 工业领域：变频器、电弧炉、轧机等非线性负载的谐波治理。

• 新能源系统：光伏逆变器、风电场并网的谐波抑制。

• 数据中心/医院：保障敏感设备供电质量。

6. 挑战与解决方案

• 实时性要求：采用高性能处理器（如DSP TMS320F28335）缩短计算周期。

• 开关损耗：使用SiC或GaN器件提高开关频率并降低损耗。

• 容量限制：模块化设计或多APF并联扩展补偿能力。

• 稳定性问题：引入鲁棒控制理论（如滑模控制）应对参数变化。

7. 优势与局限

• 优势：动态适应性强、多功能补偿、节省空间（相比无源滤波器）。

• 局限：初期成本高、大容量设计复杂、依赖控制算法可靠性。

8. 未来趋势

• 数字化与智能化：结合AI算法优化谐波检测与控制。

• 宽禁带器件应用：提升效率与功率密度。

• 微电网集成：作为微电网电能质量管理的核心设备。