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1、. word 版本. 毕业设计 并联型三相四线制有源电力滤波器滞环电路设计 摘要 随着电力电子装置及其它非线性负载的广泛应用，电网中的谐波和无功污 染日趋严重，对电力系统和用户造成了一系列危害。并联有源电力滤波器作为 一种新型的谐波、无功综合补偿系统，是电能质量控制领域中的研究热点。近 年来，三相四线制电网中的谐波和负载不平衡问题日益突出，为此本文研究了 三相四线制系统中谐波和无功功率的统一补偿问题。 本文首先简单介绍了电力系统谐波的基本概念、基本原理及其对整个电力 系统的影响，然后介绍国外有源电力滤波器的控制方法的发展趋势和应用情况， 不同类型有源电力滤波器的基本原理、结构和控制方法，混合型
2、并联有源电力 滤波器的基本原理、结构，最后重点分析并联型三相四线制有源电力滤波器控 制方法，绘制并联型三相四线制有源电力滤波器的原理图及其框图，绘制整个 控制电路原理图及框图，并利用 MATLAB 仿真软件对有源电力滤波器进行仿真， 得出了预期波形。 关键词：谐波；电力有源滤波器；控制电路；滞环电路 . word 版本. SHUNTSHUNT THREE-PHASETHREE-PHASE FOUR-WIREFOUR-WIRE ACTIVEACTIVE POWERPOWER FILTERFILTER DESIGNDESIGN OFOF HYSTERESISHYSTERESIS CIRCUITCI
3、RCUIT AbstractAbstract The pollution of harmonics and reactive power in power grid becomesserious and endangers the power system and customers while power electronicdevices and other nonlinear loads are applied widely.The study on shunt activepower filter, which is a novel device compensating harmon
4、ics and reactive power simultaneously,is the focus in the field of power quality control.Inrecent years,the issues of harmonics and loads unbalance in three-phase four-wire power grid are more and more serious. In this paper, a brief account of the power system harmonics of the basic concepts, the b
5、asic principles and its impact on the entire power system.And then the paper gives an introduction about active power filters controlling method and Application, Different types of active power filters the basic principles, structure and control method,.Parallel hybrid active power filters basic pri
6、nciples, structure is also introducede ,at last ,the paper gives analysis of parallel three-phase four-wire active power filter control methods, draws parallel three-phase four-wire active power filter and its schematic diagram, maps the entire control circuit schematic diagram and block diagram,and
7、 uses MATLAB to simulate APF , reachs the desired waveform. KeyKey wordswords: Harmonics; Active filter of power; Control circurt . word 版本. . word 版本. 目 录 第 1 章 绪论.4 1.1 电力系统谐波 .4 1.1 1 电力系统谐波概述 .4 1.1 2 谐波的基本概念.4 1.1 3 谐波的危害.4 1.2 有源电力滤波器及其控制方法的发展趋势与研究现状 .6 1.2 1 有源电力滤波器的发展历程.6 1.2 2 有源电力滤波器的研究现状及
8、发展趋势.6 1.2 3 有源电力滤波器的控制技术发展趋势.6 1.3 电力有源滤波器简介 .7 1.3 1 传统的谐波抑制和无功补偿装置的缺陷.7 1.3 2 电力有源滤波器的优点.8 1.4 电力有源滤波器的分类 .9 1.5 电力有源滤波器工作原理简介 .10 1.5 1 常用谐波电流检测方法.10 1.5 2 常用的补偿电流的控制方法.11 第 2 章 各种有源电力滤波器的结构、控制方法及原理分析.12 2.1 并联型有源电力滤波器 .12 2.1 1 并联型有源电力滤波器的基本原理 .12 2.1 2 并联型有源电力滤波器的基本结构.13 2.2 串联型有源电力滤波器 .14 2.2
9、 1 串联型电力有源滤波器的基本原理及结构.14 2.3 混合型有源电力滤波器 .15 2.4 各种有源电力滤波器的控制方法 .16 第 3 章 瞬时无功功率理论及谐波无功电流检测方法.18 3.1 瞬时无功功率理论概述 .18 3.2 其他谐波及无功电流检测方法 .21 . word 版本. 3.2 1 带通(带阻)滤波器检测法.21 3.2 2 快速傅里叶变换法（FFT）.21 3.2 3 同步检测法.21 第 4 章 并联型三相四线制有源电力滤波器的控制方法研究.23 4.1 三角载波电流控制 .23 4.2 滞环跟踪控制 .24 4.3 三相四线制 APF 主电路分析 .26 第 5
10、章 并联型有源电力滤波器仿真分析.28 5.1 并联型有源电力滤波器的仿真电路 .28 5.2 仿真分析 .29 5.3 仿真总结 .31 . word 版本. 第 1 章 绪论 1.1 电力系统谐波 1.1.1 电力系统谐波概述 一个理想的电力系统是以单一恒定频率与规定幅值的稳定电压供电的。但 实际上，由于近年来随着科学技术的不断发展，在电力系统功率换流设备和调 压装置的利用、高压直流输电的应用、大量非线性负荷的出现以及供电系统本 身存在的非线性元件等使得系统中的电压波形畸变越来越严重，对电力系统造 成了很大的危害，如：使供电系统中的元件损耗增大、降低用电设备的使用寿 命、干扰通讯系统等。严
11、重时甚至还能使设备损坏，自动控制失灵，继电保护 误动作，因而造成停电事故等及其它问题。 1.1.2 谐波的基本概念 国际上公认的谐波定义为：“谐波是一个周期电气量的正弦波的分量，其 频率为基波频率的整数倍数。 ”由于谐波的频率是基波频率的整数倍数，我们也 常称它为高次谐波。在国际电工标准中，对谐波的明确定义则为：“谐波分量 为周期量的傅利叶级数于 1 的 h 次分量，其中 h 是以谐波频率和基波频率之比 表达的整数。 ”但在 IEEE 标准中，谐波的定义则为：“谐波为一周期波或量的 正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍数。 ” 1.1.3 谐波的危害 （1）对供电网和导线，增加供电网的损耗 当
12、发生谐振或放大现象时，损耗更加严重。是因为谐波电流在导线上的发 热比均方根电流造成的预期以发热为高。这是由于集肤效应和邻近效应造成的。 集肤效应是由于导线部被外部各层所屏蔽，电流集中于外部，导线的电阻增加 . word 版本. 并随频率和导线的直径而增加。邻近效应是由于导线磁场使邻近导线的电流分 布畸变。 三相四制的配电网向单相负荷供电时，在中性导线上会造成不正常的高电 流(3 次谐波电流)，整流器中性线电流可达相电流的 1.7 倍并造成中性线的过 负荷。 谐波电流的存在，大大增加了电力网中发生谐振的可能，从而造成很大的 过电流或过电压，引发事故的危险性。增加附加损耗，降低发电、输电及用电 设
13、备的效率和设备的利用率。 （2）谐波对继电保护和自动控制装置产生干扰和造成误动作或拒动。 尤其是一些衰减时间较长的暂态过程。各种类型继电器在波形畸变下运行 性能都不尽相同，不同制造厂生产的相同形式的继电器对同样的畸变的反应也 不相同。改变电压或电流的基波分量与谐波分量间的相角明显地改变继电器的 反应。双输入继电器各输入量中谐波间的相角关系也影响继电器的性能。大多 数研究结果表明，在没有进行试验前很难预测继电器的性能变化 （3）对电力系统的仪表和电能计量的影响 现代指示均方根值的电压表和电流表相对地不受波形畸变的影响。 受谐 波影响较大的计量电能的感应型电能表，其误差与由于频率性和非线性度造成
14、的误差有关。在高度非正弦的情况下，应避免使用感应型电能表，因为计量误 差大并且在 4001000Hz 围可能发生机械谐振故障。 除电表本身产生误差外，谐波负荷从系统中吸收基波功率而向系统送出谐 波功率。这样受谐波影响的用户既从系统吸收基波功率又从谐波源吸收无用的 谐波功率，其后果是谐波源负荷用户少付电费而受害的用户反要多付电费。 1.2 有源电力滤波器及其控制方法的发展趋势与研究现状 1.2.1 有源电力滤波器的发展历程 发展有源电力滤波器的思想早在 1967 年就被提出。80 年代后，由于电力 电子和控制技术的发展，APF 技术逐步走向成熟。90 年代 APF 技术进入实际应 用，截止 20
15、05 年，已有 500 多台 APF 投入运行，其总容量已达 600MVA。从使 . word 版本. 用的主电路形式看，滤波器的主电路形式可分为电压型和电流型，目前实用装 置 90%以上为电压型。从补偿对象的连接方式来看，有源电力滤波器可分为并 联型，串联型和串并联型，以及有源电力滤波器与无源 LC 滤波器混合使用的混 合型。 1.2.2 有源电力滤波器的研究现状及发展趋势 我国在电力有源滤波器方面的研究起步较晚，直到 1989 年才见到这方面研 究的文章，1993 年才见到试验性的工业应用实验。近几年进行这方面研究的单 位在逐渐增加，主要集中在一些高等院校和少数研究机构。从发表的文章看，
16、以理论研究和实验为主，这些研究有的已达到或接近国际先进水平。目前的关 键是加快电力有源滤波器在生产实际中的应用，提高实际应用水平。 为了抑制非正弦系统的高次谐波和补偿无功功率，近几年出现了许多新型 的无功功率补偿装置，有源电力滤波器就是其中的杰出代表。有源电力滤波器 控制的关键就是变流器的脉冲宽度调制技术（PWM） 。 1.2.3 有源电力滤波器的控制技术发展趋势 为了抑制非正弦系统的高次谐波和补偿无功功率，近几年出现了许多新型 的无功功率补偿装置，有源电力滤波器就是其中杰出的代表。有源电力滤波器 控制的关键就是变流器的脉冲宽度调制技术（PWM） 。为了获得更为优越的有源 电力滤波器输出特性，国外科学工作者对 APF 控制进行了大量卓有成效的研究， 提出了许多新的脉冲宽度调制技术。下面对已出现的两种典型且常用的 APF 控 制技术进行简要介绍。 （1）三角波电流控制。三角波电流控制技术是一种传统的脉冲宽度调制技 术，是最早在脉冲宽度调制技术中得到应用的方法之一，也是最简单的一种有 源电力滤波器控制方法。三角波电流控制技术时将检测环节得到电流实际值与 设置值之间的偏差与高频三角波之间做比
