并联型有源滤波器仿真研究

论文总字数：24238字

摘 要

随着电力系统电力网络的配电系统中，各类非线性负荷的不断增加，特别是如二极管、三极管、整流器等电力电子装置的广泛应用，电力系统中的电能质量问题越发令人堪忧。另一方面，随着整体智能、自动化水平的不断提升，对大量应用计算机系统的用户而言，甚至对我们电力工作人员而言，进行电能质量的有效补偿的需求都已显得越来越急切。

并联型有源电力滤波器（Active Power Filter，APF），是近年来产生的治理谐波的新设备，是采用了现代电力电子技术和基于高速DSP器件的数字信号处理技术，制作的专门治理谐波的设备。按与补偿对象的连接方式我们又可分为：串联型和并联型。串联型APF可用于补偿电网电压的谐波分量，并联型APF用于抑制负载电流的谐波分量。基于实用和安全性的考虑，目前国内的装置几乎都是并联型的。出于时间限制和个人科研水平，仅研究其中简单且较为实用的三相三线制和三项四线制有源滤波器。

本文论述了并联型有源滤波器的工作原理，控制策略和谐波电流的检测提取方法，并在之后介绍三相三线制有源滤波器的结构，控制算法，并对有源滤波器进行仿真和调试。最终证明有源滤波器能够有效治理谐波，达到了预期的效果和目的。

关键词：谐波，有源滤波器，瞬时无功功率理论，三相三线，三相四线

Abstract

Abstract：With the development of modern industrial technology, the non-linear loads used in power system increase significantly. The wide use of various power electronic devices improves the efficiency of human life and production, but also caused power quality deteriorative. The decline of power quality seriously impacts the safe operation of electrical equipment and reduces the quality of people's life. Countries around the world have attached great importance to power quality management. The harmonic governance has been one of core issues in power quality.

The Active Power Filter(APF) is a new kind equipment based on modern power elec tronics and digital signal processing technology using DSP for power harmonic suppression. It can be divided into series and parallel with the connection with the compensation object.The series APF can be used to compensate the harmonic components of system voltage and the parallel APF for load current harmonic suppression.Based on the practical and safety considerations,almost all the domestic devices are parallel at present. For the time limit and individual scientific level, I just studied the simple and practical three-phase three wire and three-phase four wire active power filter.

This study discussed how the parallel APF works, the control policy of APF and introduced some methods for harmonic current detection. Then this study introduced structures and control algorithms of the three-phase three-wire Active Power Filter. After simulation and debugging for this kind of APF, the APF was ultimately proved that it can effectively suppress harmonic, achieved the desired effect and purpose.

Key words: harmonic, active power filter, instantaneous reactive power theory, three-phase three-wire,three-phase four-wire

目 录

第1章 绪论 1

1.1谐波的概念 1

1.2谐波的治理 1

1.3仿真软件PSIM 2

1.4论文工作简介 2

1.5本章小结 2

第二章 有源滤波器简介 3

2.1有源滤波器的系统结构 3

2.2有源滤波器的工作原理 3

2.3本章小结 4

第三章 有源滤波器的谐波检测 5

3.1谐波电流检测方法综述 5

3.1.1采用陷波滤波器和模拟带通(带阻)滤波器检测高次谐波电流 5

3.1.2基于FFT的数字分析法 5

3.1.3基于瞬时无功理论谐波检测法 5

3.2基于瞬时无功理论的快速检测方法 5

3.2.1基于ab变换的p-q检测法 6

3.2.2基于ab变换的-检测法 8

3.2.3基于dq0坐标系下的广义瞬时无功功率理论检测法 8

3.3本章小结 11

第四章 有源滤波器的控制策略 12

4.1有源滤波器的控制系统和控制策略 12

4.1.1 实时谐波电流检测 12

4.1.2 补偿电流的控制 12

4.1.3 直流侧的电压稳定 12

4.2补偿电流产生原理 12

4.3电流跟踪控制 13

4.3.1周期采样控制 13

4.3.2滞环比较方式 13

4.3.3三角波比较方式 14

4.4本章小结 15

第五章 有源滤波器的设计 16

5.1 LCL有源滤波器原理 16

5.2 LCL有源滤波器设计步骤 17

5.2.1 逆变器侧电感设计 17

5.2.2电容值的选取 17

5.2.3电网侧电感的选择 17

5.2.4阻尼电阻的选择 18

5.3 本章小结 18

第六章 三相三线有源滤波器的结构、控制算法和仿真 19

6.1主电路结构 19

6.2 主电路工作原理 19

6.3控制系统 20

6.3.1谐波电流检测 20

6.3.2直流侧电容电压的稳定 21

6.3.3电流跟踪控制电路 22

6.3.4控制系统总体框图 22

6.4三相三线制有源滤波器仿真结果 22

6.5本章小结 24

第七章 三相四线有源滤波器的结构、控制算法和仿真 25

7.1三相四线制有源滤波器的主电路结构 25

7.2四桥臂三相四线制有源滤波器主电路工作原理 26

7.3四桥臂三相四线制有源滤波器控制系统 27

7.3.1 a、b、c谐波、负序、零序电流的检测 27

7.3.2中线零序电流的检测 27

7.3.3直流侧电容稳压 27

7.3.4电流跟踪控制电路 28

7.3.5控制系统总体框图 28

7.4四桥臂三相四线制有源滤波器仿真结果 29

7.5本章小结 30

第八章 结束语 32

致 谢 33

参考文献： 34

第1章 绪论

谐波治理是涉及电力系统、电力电子技术、电气自动化技术、自动化、计算机等领域的重大电能质量课题。在各大配电网络系统，各类非线性负载的不断增加使用，系统中电能质量江河日下。另外一方面，大量的精密电子设备和控制设备，如流水线、数控机床、服务器等，对电能质量的要求，也越来越高。这使得电能质量问题引起了大家越来越多的重视和关注。电能质量问题主要表现在电压的跌落、短时的中断、电流浪涌、突发脉冲等。幸运的是随着电力电子技术的飞速发展，电能质量方面的成绩已取得了许多有突破性的进展。目前，基于现代电力电子技术的“用户电力技术（Custom Power）”就是为满足电力网负荷对供电质量不断提高的迫切要求。

1. 为绪论，首先叙述的是电能质量问题，即谐波的概念和机理，各种电能质量补偿装置的分类及应用现状；第二章主要讲解有源滤波器的简介，包括系统结构和工作原理；第三章和第四章分别讲述并联型有源滤波器的谐波检测和控制策略，最后仿真研究三相三线制有源滤波器。

1.1谐波的概念

在电力网络的供电系统中，我们通常总希望交流电压和交流电流，都能呈正弦波形且频率固定，比如我国的电力系统中的额定频率为50Hz。额定频率的电压电流波形，我们称之为基波；频率大于1整数倍的基波频率的分量，我们称之为谐波；谐波次数的表达式为：谐波频率和基波频率的整数比。

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