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1、摘要IIAbstractIII第一章 绪论11.1谐波问题的背景及研究现状11.1.1谐波问题的提出11.1.2谐波研究的现状11.2谐波治理的意义31.2.1谐波的概念及来源31.2.2谐波的危害31.2.3谐波治理的意义41.3谐波治理的措施51.3.1无源电力滤波器51.3.2有源电力滤波器61.4有源电力滤波器的谐波电压检测技术及其发展61.41模拟带通滤波器谐波电电压检测方法61.42检测意义71.5论文的主要工作7第二章有源电力滤波器的工作原理与结构82.1有源电力滤波器的基本原理82.2有源电力滤波器的拓扑结构92.2.1串联型有源电力滤波器92.2.2并联型有源电力滤波器102
2、.2.3混合型有源电力滤波器112.3有源电力滤波器的主电路112.3.1主电路形式112.3.2主电路的工作原理122.4有源电力滤波器的驱动电路13第三章max261介绍143.1引言143.2内部滤波器单元结构143.21MAX261可编程滤波器主要特点153.22max261引脚介绍163.3滤波器工作模式选择163.4本章小结17第四章电压谐波检测器的原理结构184.1电压谐波检测器的结构184.2AD204介绍184.21AD204应用19第五章研究与仿真225.1研究225.2实验235.3本章小结24参考文献26致谢27摘要近年来，变频器、开关电源、UPS、整流器等装置的日益普
3、及，提高了电网运行的经济效益，但同时也造成了严重的谐波污染。治理谐波污染、抑制谐波源谐波注入电网，维护电网绿色环境是当前研究重点之。有源电力滤波器是一种新型的电力电子装置，可以对电力系统中的谐波进行补偿。谐波电压检测是有源电力滤波器技术的关键技术之一，电压谐波检测器是其中的一个环节，其作用是检测谐波电压，反相后送入后级的功率放大电路，用以抵消电网中的谐波电压。本文重点介绍了MAXIM公司的可编程开关电容滤波器MAX261芯片以及用此芯片构成的电压谐波检测器。并对电压谐波检测器的检测特性进行了仿真研究，在此基础上，正确选择其参数，并通过实验验证了结果的正确性。关键字 max261 有源电力滤波器
4、AbstractInrecentyears,inverter,switchingpowersupply,UPS,rectifiers,suchastheincreasingpopularityofdevicestoimprovetheeconomicefficiencyofthepowersystemoperation,butalsocausingseriousharmonicpollution.Harmonicpollutioncontrol,harmonicsuppressionharmonicsourcesintoelectricitygrids,themaintenanceoftheg
5、reengridenvironmentisthefocusofcurrentresearch.Activepowerfilterisanewtypeofpowerelectronicdevices,powersystemcancompensateforharmonics.Detectionofharmonicvoltageactivepowerfiltertechnologyisoneofthekeytechnologies,voltageharmonicdetectionisoneaspectoftheirroleistodetectharmonicvoltage,aftertheRPint
6、otheclassafterthepoweramplifiercircuit,foroffsetvoltageharmonicsinthegrid.ThisarticlefocusesonMAXIMsprogrammableswitched-capacitorfilterusingMAX261chipaswellasthecompositionofthechipdetectorvoltageharmonics.Harmonicvoltagedetectorandthedetectioncharacteristicsofthesimulationstudy,inthisbasis,thecorr
7、ectchoiceofitsparameters,andexperimentalverificationofthecorrectnessoftheresults.Keywordsactivepowerfilter max261第一章 绪论1.1谐波问题的背景及研究现状1.1.1谐波问题的提出近年来，随着全球工业化进程的不断加快，对地球环境的污染和破坏也空前加剧。电能作为现代社会中使用最广泛的能源，其应用程度是衡量一个国家发展水平的重要标志之一。随着我国电力事业的迅猛发展，电能紧缺的问题已逐步解决，但与此同时，用户对提高电能质量的呼声也越来越高。电力系统也是一种“环境”，也面临着污染，公用电网中
8、谐波电压就是对电网环境最严重的污染。对电网谐波监测与研究，是限制和消除谐波危害的前提，也是保证供电系统安全经济运行及保证设备和人身安全的迫切需要。因此，伴随着信息时代对电能质量越来越高的要求，电力系统谐波抑制及其检测成为电力电子技术、电气自动化技术及电力系统研究领域所面临的一个重大课题，正在受到越来越广泛的关注，很多国家都对此给予了足够的重视。因此，对谐波问题的研究是非常重要和紧迫的。1.1.2谐波研究的现状电力系统的谐波问题早在20世纪20年代和30年代就引起人们的关注。当时在德国，由于使用静止泵弧变流器而造成了电压、电压波形的畸变。1945年J.C.Read发表的有关变流器谐波的论文是早期
9、关于谐波研究的经典论文1。到了50年代和60年代，由于高压直流输电技术的发展，发表了有关变流器引起的电力系统谐波问题的大量论文。E.W.Kimbark在其著作中对此进行了总结。70年代以来，由于电力电子技术的飞速发展，各种2电力电子装置在电力系统、工业、交通及家庭中的应用日益广泛，谐波造成的危害也日益严重，世界各国都对谐波问题予以充分关注，定期召开有关谐波问题的学术讨论会。国际电工委员会（IEC）和国际大电网会议都相继组成了专门的工作组，制定包括供电系统、各项电力设备和用电设备以及家用电器在内的谐波标准，并将谐波干扰问题列入电磁兼容范围内。不少国家已制定了电力系统和用电设备谐波和波形畸变的国家
10、标准或电力部门的规定。在我国，1985年原水利电力部颁发了电力系1统谐波暂行规定（SD12684）,1993年国家技术监督局颁发了国家标准公用电网谐波。这两个标准对公用供电系统电压畸变允许值和谐波源注入供电点的谐波电压值作出了规定。与国外相比，我国对谐波问题的研究起步很晚，吴竟昌等人1988年出版的电力系统谐波一书是我国有关电力谐波问题较有影响的著作。夏道止于1994年出版的高压直流输电系统的谐波分析及滤波是近年出版的代表性著作。林海雪、孙树勤等在1998年出版的电力网中的3谐波对谐波进行了详细的分析。此外，唐统一等人和容健纲等人分别4独立翻译了J.Arrilaga等的著作电力系统谐波一书56
11、，也在国内外有较大的影响。随着信息产业、高薪技术产业的飞速发展以及传统行业采用计算机管理及先进控制技术的应用，对供电可靠性和电能质量敏感的负荷所占的比重越来越大，现代数字信息对供电可靠性及个性化电能质量需求有了更高的要求。这意味着信息社会不仅依赖于电力供应，而且更需要新的特殊的电力供应。这就要求首先在经济发达的国家引起了关注。美国电力研究院（EPRI）的NarainG.Hingorani博士于1998年首先提出了“CustomPower”的新概念及其质量分成三个等级。这实质上就是将计算机技术、现代控制理论和电力电子技术应用于配电系统，构成能够提供优质电力和其他不同质量的电力的配电系统以适应不同
12、电力用户的不同需求，这是信息社会和电力市场发展对电能质量的新要求，也正是新一代柔性配电系统的发展方向。柔性配电新技术将为在电力市场条件下的电力用户提供纯净、可靠、稳定的绿色电源，同时，也提高了电能的传输效率，给供电部门带来了可观的经济效益。仅依靠过去的无源滤波技术治理谐波已不能满足要求，研究和开发适应这一要求的新技术已成为近年来电力系统领域中的新热点。用户电力（CustomPower）新技术主要是利用GTO、IGBT、MOSFET等大功率电力电子器件组成的控制设备向用户提供增值的、可靠的、高质量的电能。提供系统的供电可靠性（减少断电次数等），保证功率流质量。有源电力滤波器APF（activep
13、owerfilter）因具有动态补偿谐波、受电网阻抗影响小、可动态跟踪负载电压变化、能有效抑制电力系统中非线性负荷引起的谐波污染等优点，逐渐成为谐波抑制技术的主要研究方向。近年来，国际上有关谐波的研究十分活跃，每年都有大量的论文发表。这一方面说明了这一研究的重要性，另一方面也预示着这一领域的研究将取得重大突破。对谐波的研究，主要是研究谐波的补偿和抑制技术，而有源电力滤2波器技术是抑制谐波技术的主要研究方向之一。随着有源电力滤波器技术的提高，将逐步消除谐波的污染，推动电力电子技术的发展，最终实现电网“绿色”化。1.2谐波治理的意义1.2.1谐波的概念及来源任何周期性非正弦波都可用一个基频正弦波加
14、上一系列其它频率的正弦波表示，这些正弦波通常有着比基波小的幅值和为基波整数倍的频率，后者即为谐波78。按照国际上的通行定义是，谐波一个周期量的正弦波分量，其频率是基波频率的整数倍。由于谐波频率总是高于基波，因此，往往又称为高次谐波。电网中的谐波主要是由各种大量电力和用电变流设备以及其它非线性负载产生的。当正弦基波电压(当电源阻抗为零阻抗时)施加于非线性9负荷时，负荷吸收的电压与施加的电压波形不同，畸变的电压影响电压回路中的配电设施。在实际存在系统电源阻抗时，畸变电压将在阻抗上产生电压降，因而产生畸变电压，畸变电压将对所有的负荷产生影响。系统中的主要谐波源可分为两大类:含半导体非线性元件的谐波源
15、含电弧和铁磁非线性设备的谐波源。前者如各种整流设备、交流调压装置、变流设备、直流拖动设备整流器、PWM变频器、相控调制变流器以及现代工业设施为节能和控制用的电力电子设备等，后者如交流电弧炉、交流电焊机、日光灯等照明设施和发电机、变压器及铁磁谐振设备等。家用电气设备分属上述两类谐波源。虽然其容量小，但数量很大，因此也是不可忽视的谐波源。所有这些都使得电力系统的电压、电压波形发生畸变，从而产生高次谐波。1.2.2谐波的危害谐波对各种电力设备、通信设备及线路都会产生有害的影响，严重时会造成设备的损坏电力系统事故。尤其是近年来电力电子设备的迅10速增长，谐波的危害日趋严重。高次谐波对公用电网和其他系统的危害主要有以下几个方面：（1）谐波使公用电网中的元件产生附加的功率损耗，降低发电、输电及用电设备的效率；（2）谐波影响各种用电设备的正常工作，使旋转电机（发电机和电动机）发热、产生脉动转矩和噪声，使变压器局部严重过热，使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短，以至损坏；（3）谐波会导致继电保护和自动控制装置的误动或拒动，并使电气测量仪表的计量不准确；（4）谐波会对邻近的通信系统产生干扰，轻者产生噪声，降
