摘 要：为满足稳态强磁场超导磁体模型线圈电源交流侧谐波抑制及无功补偿的需求，提出将并联型有源电力滤波器(APF)应用其中的方案。对其工作原理进行了说明，给出了设计结构。提出基于FBD法的谐波电路运算方式，较传统ip-iq法而言，简化了谐波计算，引入基于空间矢量的电压控制可以有效地降低开关频率，减少功率器件的开关损耗。仿真结果表明该并联型有源电力滤波器具有良好的性能。

国家“十一五”重大科学工程——稳态强磁场实验装置(SHMFL)正在建设中，其中40 T混合磁体是最重要的装置之一。混合磁体由29 T的内水冷磁体和11 T的外超导磁体组成[1]。其中超导磁体的电源系统将采用可控硅整流技术方案[2]，这是一种典型的非线性负载，运行时会带来较大的无功冲击及谐波污染，降低了系统交流侧供电质量，进而影响到SHMFL实验装置的高精度稳定运行。

作为电力系统谐波治理的有效手段，有源电力滤波技术优于传统的无源滤波，可同时对超导磁体电源谐波和无功电流有选择地动态跟踪补偿。结合基于FBD法的谐波电流检测，提出采用空间矢量控制的并联电压型有源电力滤波器方案。

1 原理与结构设计

1.1 APF工作原理[3]

有源电力滤波器对负载电流iL进行实时检测，运用谐波电流算法得出电流谐波及无功分量，APF控制功率发生电路产生补偿电流iC，与需要被补偿的谐波及无功电流抵消，实现网侧电流谐波抑制及无功补偿。从能量角度考虑，有源滤波器从电网侧吸收功率，将其存储在滤波器直流侧储能元件中，同时将储能元件中的能量转换为谐波补偿形式投入电网。

1.2 结构设计

超导磁体电源交流侧有源电力滤波器系统主要由控制器和补偿电流发生电路两大部分组成[4]，如图1所示。其中控制器由电信号采集调理、指令电流运算以及电流跟踪控制单元组成。补偿电流发生电路由驱动电路和主电路两部分构成。对于主电路而言，可选择的三相模块化功率器件非常多，特别是智能功率模块IPM的出现，让有源滤波器主电路的设计越来越方便。同时数字控制技术的飞速发展也使得控制器控制的实现更加便利。

当ur在其他扇区时情况类似。式(10)矢量展开，求解开关矢量作用时间，如式(11)所示。对于零矢量的选择，通常采用七段式[8]，七段式中相邻开关状态只差一个开关动作，最大限度地降低了开关频率，则对于18 kA超导磁体电源而言，可以明显地减少APF的开关损耗。

该滤波器基于FBD谐波电流检测，无需进行复杂的矩阵变换就能有效快速地进行谐波检测。对APF功率

电路采用基于空间矢量的电压控制，在保证谐波补偿效果的前提下，能够有效地降低功率器件的开关频率。仿真实验表明该APF能够很好地滤除谐波电流分量，为稳态强磁场电源系统建设提供了一定的理论参考。

参考文献

[1] REN Y.Magnetic force calculation between misaligned coils for a superconducting magnet[J].IEEE Transactions on Applied Superconductivity，2010，20(6)：2350-2353.

[2] 付蔚，刘小宁，李俊.2.5 V/18 kA超导磁体模型线圈电源设计[J].电力电子技术，2012，46(2)：10-12.

[3] 王兆安，杨君，刘进军.谐波抑制和无功功率补偿(第2版)[M].北京：机械工业出版社，2011：257-266．

[4] SINGH B，HADDAD K A，CHANDRA A.A review of active filters for power quality improvement[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics，1999，46(5)：960-971.

[5] 于晶荣，曹一家，关维德，等.基于FBD法的有源电力滤波器参考电流检测新方法[J].湖南大学学报(自然科学版)，2011，38(2)：46-50.

[6] DEPENBROCK M.The FBD-method，a generally applicable tool for analyzing power relations[J].IEEE Transactions on Power Systems.1993，8(2)：381-387.

[7] 王文，罗安，黎燕.一种新型有源电力滤波器的SVPWM算法[J].中国电机工程学报，2012，32(18)：52-58.

[8] 浦志勇，黄立培，吴学智.三相PWM整流器空间矢量控制简化算法的研究[J].电工电能新技术，2002，21(2)：56-59.