1.1.3 无功补偿技术的发展动向
随着大功率全控型晶闸管GTO及IGBT的出现，特别是相控技术、脉宽调制技术（PWM）、四象限变流技术的提出使得电力电子逆变技术得到快速发展，人们还研究用于动态无功补偿的其他各种新形式，如电力无源滤波器、电力有源滤波器和单位功率因数变流器等，下面分别进行简要介绍。
1.电力无源滤波器
电力无源滤波器即LC调谐滤波器，在补偿谐波的同时还可以补偿无功功率。该装置由并联电容器、电抗器，有时还包括电阻器等无源元件组成，以对某次谐波或其以上次谐波形成低阻抗通路，以达到抑制高次谐波的作用。因其成本低、技术成熟，目前被广泛使用。用于实际的滤波器种类有：各阶次单调谐滤波器、双调谐滤波器、二阶宽频与三阶宽频带高通滤波器等。
一阶单调谐滤波器的优点是滤波效果好，结构简单；缺点是电能损耗比较大，但随着品质因数的提高而减少，同时又随着谐波次数的减少而增加；而电炉正好是低次谐波，主要是2～7 次，因此，基波损耗较大。二阶单调谐滤波器当品质因数在50 以下时，基波损耗可减少20%～50%，属于节能型，滤波效果等效。三阶单调谐滤波器是损耗最小的滤波器，但组成复杂些，投资也高些，一般用于炼钢电弧炉系统中，其2次滤波器选用三阶滤波器为好，其他次选用二阶单调谐滤波器。高通（宽频带）滤波器，一般用于某次及以上次的谐波抑制。当在电弧炉等非线性负荷系统中采用时，对5次以上起滤波作用时，通过参数调整，可形成该滤波器回路对5次及以上次谐波形成低阻抗通路。
电力无源滤波器的主要缺点是补偿特性受电网阻抗变化和运行状态影响，且易和系统发生并联谐振，而且只能补偿固定频率的谐波。
2.电力有源滤波器（APF）
电力有源滤波器的基本原理如图1-3所示。
图1-3 电力有源滤波器的基本原理
电力有源滤波器（Active Power Filter，APF）实际上是由全控电力电子器件构成的采取PWM控制的逆变器，提供与谐波电流大小相等、极性相反的补偿电流，使电网只含有基波电流，同时还可以提供无功电流，补偿电网无功功率。其优点是对频率和大小都变化的谐波以及变化的无功功率同时进行补偿；可连续调节且响应迅速；而且即使补偿对象电流过大，有源电力滤波器也不会发生过载，并能正常发挥补偿作用；受电网阻抗的影响不大，不容易和电网阻抗发生谐振，能跟着电网频率的变化；既可对一个谐波和无功单独补偿，也可对多个谐波和无功源集中补偿。另外，APF在无功功率补偿时无需储能元件，补偿谐波时所需储能元件容量也不大，因此体积小。
电力有源滤波器的交流电路分为电压型和电流型，目前实用的装置90%以上为电压型。从与补偿对象的连接方式来看，电力有源滤波器可分为并联型和串联型。并联型中有单独使用、LC滤波器混合使用及注入电路方式，目前并联型占实用装置的大多数。APF随着高功率大电流全控器件的发展和基于瞬时无功功率理论的谐波电流瞬时检测方法的提出得以迅猛发展，成为谐波抑制最重要的发展趋势。
目前在我国已应用的电力有源滤波器还很少，原因在于电力有源滤波器要使用全控元器件，而大功率电力电子器件目前基本依赖进口，成本太高。将电力无源滤波器和有源滤波器相结合构成混合滤波器，用电力无源滤波器补偿、吸收缓慢变化的无功功率和高频谐波，用电力有源滤波器补偿冲击性无功和低频变化的谐波、兼有两种滤波器优点，是当前国际上谐波抑制方案研究的热点。
3.单位功率因数变流器
与补偿无功功率和滤波的方法相比，更为积极的方法是开发不产生谐波且功率因数为1的新型变流器，即单位功率因数变流器（Unity Power Factor Converter）。
大容量变流器提高功率因数和减少谐波的主要方法是采用多重化技术。如果要求总功率因数为1，甚至提供超前的无功功率，则一般须使用自换相变流器。对电流型变流器，多重化就是将方波电流叠加，使得输入电流为接近正弦的阶梯波，或提高位移因数。其连接方式有串联和并联多重化，而控制方式则有移相、顺序控制、非对称控制和滞后超前控制多重化等几种形式。对电压型变流器，必须用连接电感和交流电源相连，大多用移相多重化，将方波电压叠加，使其在电网侧产生接近正弦的阶梯波电压，且与电源电压保持适当的相位关系，从而使输入电流为与电源电压同相位的正弦波。如果需要，可以控制输入电流的相位，使变流器能对无功功率进行补偿。多重化技术若配合PWM控制技术，可获得更为理想的效果。
中等容量的单位功率因数变流器主要采用PWM整流技术，一般需要使用自关断器件。以前对PWM逆变器研究较多，而对PWM整流器研究较少。对电流型整流器，可直接对各个电力半导体器件的通断进行PWM调制，使输入电流为接近正弦且与电源电压同相的PWM波形，从而得到接近1 的功率因数。对电压型整流器，需将整流器通过电抗器与电源相连。
为实现单位功率因数，小容量整流器多采用二极管整流加PWM斩波方式。这一方式在各种开关电源中有着非常广阔的应用前景，必将对谐波污染的治理作出巨大的贡献。由于电力电子装置本身不产生谐波和无功是一种积极的节能降耗的措施，能获得巨大的经济效益。因而对单位功率因数变流器的研究近年来已成为电力电子领域的一大热点。