电能质量是当今电力系统和终端电子设备关注的焦点之一。非线性负载，如整流输入(无PFC)、电子镇流器、基于可控硅的转换器和电机驱动器、电焊机、家用电器等的广泛使用，造成交流电力网的电流畸变和电压波形扰动。受污染的交流电源会导致一些敏感的电子设备如数据中心、通信系统、雷达系统、半导体制造设备等发生故障甚至关机。大量的电感性或电容性负载,如大量交流电直接驱动的感应电动机,会增加电力系统的无功功率,造成交流电流和交流电压的相位差,这会增加系统的功率损耗和容量负荷。

传统的解决方案是增设电力系统的无源滤波器和无功电力补偿器。整体滤波器和补偿器体积占变电站面积的很大比例，如下图所示。补偿器只能分阶段添加或移除，响应慢，对电力系统本身会造成一定的扰动。

随着电力半导体技术和数字控制技术的发展，电力线路电流可以实时监测，无功功率和谐波电流可以实现最优实时补偿。无功补偿器、所谓的静态无功发生器(SVG)和有源谐波滤波器（AHF）都是基于逆变器的系统。SVG将具有所需振幅的工频电流注入电力网络。为了输出高的无功功率，一般是将SVG并网，直接连接到电源线上，如下图所示:




AHF本质上是一个逆变器，它能够注入反向电流来抵消不需要的谐波。与SVG相比，AHF输出相对较小的电流，但谐波阶数高。为了能够“过滤”掉40阶谐波，AHF逆变器需要更高的开关频率。对于50Hz的工频频率，40阶谐波是2kHz，这一般需要PWM频率超过40kHz，以有效地整平2kHz谐波电流分量。对于运行开关频率超过20kHz以上的（硬开关）应用，SiC MOSFET是目前唯一有效的选择，。AHF可与电网线并联或串联。


从上面的框图可以看出，SVG和AHF都采集负载线电流，然后使用逆变器产生所需的电流，以补偿无功和谐波电流。为了充分利用设备硬件，降低系统成本，可以将SVG和AHF结合在一起设计。具有SVG和AHF功能的设备称为电能质量补偿器(PQC)。


[1]  P. M. Balasubramaniam , S. U. Prabha “Power Quality Issues, Solutions and Standards: A Technology Review,” Journal of Applied Science and Engineering, Vol. 18, No. 4, pp. 371380 (2015)