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1、 学号： 08033160120 毕业论文 有源电力滤波器设计 Active power filter design 学院:电信学院 专业:电气自动化技术 班级:电气专081 学生: 指导教师（职称）: 老师 完成时间 lw目 录摘 要1ABSTRACT2第一章 谐波产生的机理及其治理31.1谐波产生的机理31.2谐波的治理4第二章 有源电力滤波器的谐波检测及控制策略52.1 有源电力滤波器的谐波检测52.1.1 瞬时无功功率理论52.1.2 三相电路谐波和无功的检测72.2 有源电力滤波器的控制策略102.2.1 有源电力滤波器补偿电流的控制102.2.2 主电路直流侧电压的控制12第三章
2、并联型有源电力滤波器的硬件设计133.1 系统结构133.2 主电路设计143.2.1 主电路参数设计143.2.2 开关器件的选取153.3 控制电路设计163.3.1 控制电路结构163.3.2 DSP芯片简介173.4 检测与调理电路设计193.4.1 电流信号检测调理电路193.4.2 电压信号检测调理电路203.4.3 采样触发信号提取电路20第四章 并联型有源电力滤波器的系统仿真224.1 并联型有源电力滤波器检测系统仿真22（1）仿真模型的建立22（2）仿真结果22（3）结果分析234.2 并联型有源电力滤波器控制系统仿真24（1）仿真模型的建立与参数选取24（2）仿真结果24（
3、3）系统谐波分析25结束语26参考文献27摘 要随着电力电子技术的发展，非线性负载的使用越来越普遍，产生的谐波对电网的危害日益严重，若不加以控制，将会严重影响整个电网的安全运行，所以对电网谐波进行补偿越来越重要。有源电力滤波器是一种新型的谐波及无功电流动态补偿装置，与传统的无源LC电力滤波器相比，具有响应速度快、补偿效果好、动态补偿等优点。本文概述了谐波产生的机理及其治理，并讨论了有源电力滤波器的结构与工作原理。通过深入研究有源电力滤波器的谐波与无功电流检测方法，对基于三相电路瞬时无功功率理论的法和法的原理进行了分析，由于法的优势，选定其为谐波检测方法；文中还详细分析了有源电力滤波器的控制策略
4、，确定采用滞环比较控制法来对补偿电流进行控制；论文还对DSP芯片TMS320F2812进行了初步的介绍，在此基础上，设计出了并联型有源电力滤波器。之后，用MATLAD7.0对其进行了仿真和分析。论文还对本次设计进行了综述，总结了有源电力滤波器的优点，并提出了设计中的不足之处。关键词：谐波电流 瞬时无功功率理论 控制策略 DSP 有源电力滤波器ABSTRACTWith the rapid development of electric power and electronic technology, non-linear load have been widely used, the harmo
5、nic makes increasing serious impact against the electric network, if unchecked, it will seriously affect the entire electric network, therefore, the harmonic compensation has become much more important. APF is a new harmonic and dynamic reactive compensation devices, compare with the traditional pas
6、sive LC filter, APF has the advantages of fast response, good compensation and dynamic compensation.This article summarizes the harmonic mechanism and management, and discussed the structure and active power filter works. From depth depth-study of the detection of harmonic and reactive current for A
7、PF , we analysis the p-q method and ip-iq method based on the instantaneous reactive power theory, because of the superiority of ip-iq method, we selected it as harmonic detection. we in-depth analysis the control strategy for APF, determine the hysteres is control method used to control the compens
8、ation current. In the pager we introduced DSP chip TMS320F2812. On this basis, I devices APF. After, I use of its MATLAD7.0 are simulated and analyzed.Finally, This disseration also designs were reviewed, summarized the advantages of active power filter and proposed design deficiencies.Keywords: Har
9、monic current Instantaneous reactive power theory Control strategy DSP APF lw第一章 谐波产生的机理及其治理20世纪以来，随着科学技术的迅猛发展，电力电子技术也随之不断取得新的突破，各种家用电器大规模的进入我们的生活以及电力电子器件等非线性负载如逆变器、整流器和各种开关电源得到广泛的应用，由此产生的谐波对电网的危害日益严重。电力电子器件开关动作时向电网注入了大量的谐波，使电网中的电流和电压波形严重失真。然而由于各种电能质量敏感设备，计算机等信息设备及空调、冰箱、电视等家用电器设备的大量使用，对电能质量的要求也越来越高。
10、由谐波引发的各类故障和事故频发，对生产生活及国家经济建设产生了很大的负面影响。由此谐波的研究和治理问题也开始引起人们的广泛关注，谐波的管理、分析和治理被摆到了十分重要的地位。谐波问题包括谐波分析、谐波检测和谐波抑制等方面，有效的抑制谐波已经成为保证电网安全、高质量运行的必要措施之一。解决谐波问题的主要途径有两种：一是对电力电子设备自身进行改进；二是对电网进行谐波补偿。本文主要研究方向就是对电网进行谐波补偿。1.1谐波产生的机理在理想的干净供电系统中，电流和电压都是正弦波的。在只含线性元件(电阻、电感及电容)的简单电路里，流过的电流与施加的电压成正比，流过的电流是正弦波。用傅立叶分析原理，能够把
11、非正弦曲线信号分解成基本部分和它的倍数。 在电力系统中，谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。当电流流经负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，即电路中有谐波产生。由于半导体晶闸管的开关操作和二极管、半导体晶闸管的非线性特性，电力系统的某些设备如功率转换器比较大的背离正弦曲线波形。 谐波电流的产生是与功率转换器的脉冲数相关的。6脉冲设备仅有5、7、11、13、17、19 .n倍于电网频率。 功率变换器的脉冲数越高，最低次的谐波分量的频率的次数就越高。其他功率消耗装置，例如荧光灯的电子控制调节器产生大强度的3 次谐波( 150 赫兹)。 在供电网络阻抗( 电阻) 下这样的非正弦曲线
12、电流导致一个非正弦曲线的电压降。 在供电网络阻抗下产生谐波电压的振幅等于相应谐波电流和对应于该电流频率的供电网络阻抗Z的乘积。 次数越高，谐波分量的振幅越低。 只要哪里有谐波源那里就有谐波产生。也有可能，谐波分量通过供电网络到达用户网络。 例如，供电网络中一个用户工厂的运转可能被相邻的另一个用户设备产生的谐波所干扰。 产生谐波的设备类型：所有的非线性负荷都能产生谐波电流，产生谐波的设备类型有：开关模式电源(SMPS)、电子荧火灯镇流器、调速传动装置、不间断电源(UPS)、磁性铁芯设备及某些家用电器如电视机等。1.2谐波的治理谐波的治理主要有两条途径：一是主动治理，即从谐波源本身出发，使谐波源不
13、产生谐波或降低谐波源产生的谐波，这只适用于作为主要谐波源的电力电子装置，如有源功率因数校正技术和PWM整流技术；二是被动治理，即设置谐波补偿装置，抵消谐波源注入电网的谐波，如各种无源、有源滤波器，这对各种谐波源都适用。电力系统中传统的补偿谐波和无功的装置是LC无源电力滤波器，LC无源电力滤波器因其既可以补偿无功，又可以抑制谐波而一直被广泛应用。它具有结构简单，投入费用低，运行成本低，可在很宽的频率范围内呈现为低阻抗，可抑制多个频率的谐波，在吸收高次谐波的同时补偿无功功率，还具有改善负载功率因数的功能。但由于结构原理上的原因，LC无源电力滤波器也存在着滤波补偿特性依赖于电网和负载参数、LC参数的
14、漂移会导致滤波特性的改变、具有负的电压调整效应、重量大、体积大和容易同系统发生谐振的缺点。由于无源电力滤波装置存在着许多的缺点和不足之处，为了解决这些问题，人们开始对有源电力滤波技术进行探讨。有源电力滤波器是一种动态抑制谐波和补偿无功的电力电子装置，它能对频率和大小都变化的谐波和无功进行补偿，可以弥补无源滤波器的缺点，获得比无源滤波器更好的补偿特性，是一种理想的谐波补偿装置。第二章 有源电力滤波器的谐波检测及控制策略2.1 有源电力滤波器的谐波检测2.1.1 瞬时无功功率理论瞬时无功功率理论首先于1983年由日本学者赤木泰文提出，主要针对三相三线制电路总谐波的实时检测。瞬时无功功率理论的核心思想是采用变换矩阵将三相电路的各相电压和电流瞬时值变换到-正交坐标系，并将电压、电流矢量的点极定义为瞬时有功功率，电压、电流矢量的叉积定义为瞬时无功功率，如图2-1所示。在此基础上发展出了p-q法。 在三相三线电路中，其各相电压和电流的瞬时值为、和、，分别把它们变换到两相正交-坐标系上，两相瞬时电压为、，两相瞬时电流为、，则： （2-1） （2-2）其中
