开发一种整流器可以使你不产生谐波电流是最理想的情况，同时应当满足功率因数为1； 第二种方法是在用安装滤波器的方法直接吸收装置产生的谐波电流。假如等到谐波电流进入高压电网后再采取相关措施，无论经济上还是技术上都不合理。通常我们所使用的滤波器主要分为Passive Filter (无源滤波器)和Active Power Filter(有源滤波器)两类。 Passive Filter的工业应用已经有相当长的时间了，其设计方法稳定可靠，目前该类型滤波器已经投入到许多实际工程。因为在交流系统中无源滤波器既可以起到滤波的作用，也可以起到补偿无功的作用，可以说是一个两全其美的器件，同时还因为无源滤波器与有源滤波器相比具有容易设计、容量大、成本低等优点，使得无源滤波器的实用价值大大提高，因此本文采用无源滤波器进行设计。
无源滤波器包括单调谐滤波器、双调谐滤波器、高通滤波器、低通滤波器和带通滤波器及带阻滤波器等。由于在整流电路中应用最多的是单调谐滤波器、双调谐滤波器、高通滤波器，下面将对三种滤波器进行分析与比较。 3.3.1 常用无源滤波器的设计
在此仅仅给出单调谐滤波器、双调谐滤波器、二阶高通滤波器的设计原理图。其中双调谐滤波器及二阶高通滤波器是利用一个Series RLC Branch和一个Parallel RLC Branch组合一起的，如下图所示。
图13 单调谐滤波器 图14 双调谐滤波器 图15 二阶高通滤波器
3.3.2单调谐滤波器的原理及特性
单调谐滤波器是利用串联L、C谐振的原理构成的，电路原理图如图13所示，通常采用R-C-L型排列[6]。
n次单调谐滤波器在角频率为?n?n?1的阻抗为
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Zfn = Rfn + j(nω1L— 1 / (nω1C)) (5)
式(5)中ω1为额定工频角频率：Rfn为n次谐波电阻 ；Zfn 为n次谐波阻抗。 根据式(5)分析，在理想谐振状态下
nω1L— 1 / (nω1C) = 0 (6)
即谐波器的电抗为，Rfn = Zfn 则谐振角频率?n?n?1=1/?C。N次谐波电流将流过低阻值Rfn，而很少流到系统中去，因而该次谐波电压大为下降，而对其它次数的谐波， Zfn >>Rfn，谐波器分流很少。简单的说，只要将谐波器的谐振次数设定为与所需的要滤出的谐波次数一致，则该次谐波将大部分流入滤波器，从而起到滤除该次谐波的目的。3.3.3双调谐滤波器的原理及特性
双调谐滤波器主要由一个串联谐振回路和一个并联谐振回路串联组成，如图14所示 设双调谐滤波器干路上的电阻、电容、电感依次为R1、C1、L1及两个并联的电感、电容为L2、C2。
对于由电容C1、电感L1和电阻R1组成的串联谐振回路，它的阻抗为：
Z1 (ω) = R1 + j(ωL1— 1 / (ωC1)) (7)
由式(7)可知，由于串联谐振回路具有单调谐的特性，则串联电路的调谐频率
?1?1/L1C1。当??1时，Z1 (ω)呈感性[7]
对于电感L2、电容C2并联谐振回，此时假设R2很小近似为0，它的阻抗为：
Z2 (ω) = jωL2(1— ω2L2C2) (8)
并联电路发生谐振时，阻抗 Z2趋于无穷大。当R2趋于零，Q2=?L/R2很大时，则并联谐振频率为?2?1/L2C2。所以并联谐振回路，当?
?
由以上原理及特性可行，对于用双调谐无源滤波器进行滤波时，无论分析还是计算都较单调谐滤波器复杂，因此本文采用单调谐滤波器。 3.3.4高通滤波器的原理及特性
高通滤波器也称为减幅滤波器。通常分为四种型式：一阶、二阶、三阶和C型四种。
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一阶高通滤波器需要的电容太大，基波损耗也太大，因此一般不采用，二阶高通滤波器的滤波性能最好，但与三阶相比，其损耗较高。三阶高通滤波器比二阶的多一个电容，它提高了滤波器的对基波频率的阻抗，从而大大减少基波损耗，这是三阶高通滤波器的主要优点。C型高通滤波器的性能介于二阶和三阶之间，电容与电感在基波频率上可以大大减少基波损耗。其缺点是对基波频率失谐和原件参数漂移比较敏感[7]。这四种滤波器中最常用还是的二阶高通滤波器。
现在对二阶高通滤波器进行讨论，二阶高通滤波器的电路原理图为图15，其阻抗为
Z = 1 / (jωC) +1/(1/R+1 / (jωL)) (9)
当电阻R趋与无穷大时，二阶高通滤波器转化为单调谐滤波器：当ω趋与无穷大时，Z近似为R，即滤波器的阻抗为R所限制。二阶高通滤波器的一个重要参数是截止频率f0，高通滤波器之所以称为高通就是因为在频率大于截止频率后其呈现低阻抗，对截止频率以后的谐波有滤波作用；当频率低于f0时，滤波器阻抗明显增加，使低次谐波电流难以通过。二阶高通滤波器的相关参数：
截止频率： f0?1/(2?RC) (10) 品质因数： Q?R/L/C (11)
参数： m?L/R2C?1/Q2 (12) m值为0.5-2较合适，m值越小，则滤波器损耗越小，工程上一般取m=0.5。f0的频次一般取为单调谐滤波器的最高调谐次数加1，即若安装5次和7次单调谐滤波器， 则f0可取400Hz。
二阶高通滤波器的设计步骤[8]为： (1) 确定m和f0，选定C； (2) 由式(10)确定R； (3) 由式(12)确定L。
由以上三种滤波装置的比较分析及三相全控桥式整流电路的谐波电流的特征，本文采用两个单调谐滤波器滤除5次、7次谐波电流，再用高通滤波器滤除其它高次谐波，进而滤除三相桥式全控整流电流的交流测谐波电流。
4 三相桥式整流电路滤波电路的设计仿真
本文针对三相桥式整流电路的的谐波电流的情况，采用了两个单调谐滤波器的及高
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通滤波器进行滤除谐波电流兼顾提高系统的功率因数，以防止非线性器件产生的谐波流入电网，产生谐波污染。其仿真原理图如下。
图16 滤波电路原理图
4.1 三相桥式整流电流在电阻负载及特定触发角下装置的谐波和功率分析
在图16中先将5次、7次单调谐滤波器和高通滤波器不接入电路，可以利用SimPowerSystems/Extra Library/Discrete Measurements中的3-phase Instantaneous Active & Reactive Power 可以准确的仿真装置的有功及无功功率，在负载电阻为10Ω时，触发角为30°装置有功功率为P=7263.63W、无功功率Q=12753.43var，不难发现装置的功率因数还是挺低的，所以在滤除谐波电流的同时必须提高装置的为功率因数，以满足负载的要求。
4.2 确定补偿容量及各个滤波器的按比例分配的补偿的无功功率
确定补偿容量的方法[9]有很多中，但其目的都是要提高配电网的某种运行指标，现在常用的补偿容量的方法如下。
(1) 从提高功率因数需要确定补偿容量。 (2) 从降低线损需要来确定补偿容量。
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(3) 从提高运行电压需要来确定补偿容量。
本文根据系统特征运用的是从提高功率因数需要来确定补偿容量，若装置的有功功
率P，补偿前的功率因数为cos?1，补偿后的功率因数为cos?2，则补偿容量用公式计算。
Q补 = P (tanφ1— tanφ2) = Q ( 1— tanφ2 / tanφ1) (13)
cosφ1应采用平均功率因数，cos?2确定要适当。通常，将功率因数从0.9提高到1所需的补偿容量，与把功率因数从0.72提高到0.9所需的补偿容量相当。因此，在高功率因数下进行补偿效益显著下降。这是因为在高功率因数下，cos?的曲线上升率变小，因此，因此提高功率因数所需的补偿容量将要相应的增加。
本文确定把功率因数提高到0.95则由公式可得其需要的补偿容量Q补。 4.3 单调谐滤波器及高通滤波器的相关计算
把总的无功补偿容量分配到各调谐滤波器及高通滤波器[10]。工程上，常常按照各电容组上的谐波电压相差不多分配到各组无功补偿容量Qf(n)为：
Qf(n) = (In / n ) / (∑ In / n )Q补 (14)
在确定了各个单调谐滤波器的无功补偿容量后，根据滤波器的无功补偿量与滤波支路的参数关系电容值为：
C = (n2—1) / n2 × Qf(n) / (ω1U) (15)
在单调谐滤波器的电容器的参数确定后，可以很容易求出无功输出为：
Q高通 = Q补— ∑ Qf(n) (16)
则高通滤波器的电容值为：
C = Q高通 / (ω1U2) (17)
其中U为线电压，对于单调谐滤波器在选定了电容器后，再利用谐振和品质因数在确定电阻值和电抗值，对于高通滤波器在C值确定之后，可确定滤波器的R、L值。截止频率f0对应的截止谐振次数h0为：
h0 = f0 / f1=1 / (2π f1 R C) =1 / (ω1 R C) (18) 那么电阻为R：
R = 1 / ( h0ω1 C) (19)
又因为
m = L/(R2C) 可得 (20)
222 L?mRC?m/(h0?1C) (21)
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