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1、成都信息工程学院学位论文基于MATLAB的有源电力滤波器的设计基于matlab的有源电力滤波器的设计摘要随着电力电子装置日益广泛的应用，电力电子装置自身所具有的非线性导致了电网中含有大量谐波，这些谐波给电力系统带来了严重的污染，严重危害了用电设备和通信系统的稳定运行。虽然传统的无源电力滤波器具有结构简单、成本低、技术成熟、运行费用低等优点，但同时也有一些缺点，例如只能抑制固定的几次谐波，并对某次谐波在一定条件下会与电网阻抗产生谐振反而而使谐波放大。目前，谐波抑制的一个重要趋势是采用有源电力滤波器，有源电力滤波器也是一种电力电子装置，且相关技术的研究也日渐成为研究的热点。本文阐述了几种常见APF
2、的拓扑结构及各自的优缺点，详细分析了基于瞬时无功功率理论的谐波检测方法，比例控制和前馈控制两种电流环控制策略以及SPWM和SVPWM两种调制策略。介绍了电力有源滤波器的基本原理和结构，并设计了并联型有源电力滤波器的控制系统。该系统包括指令电流运算、PWM控制和驱动电路模块。在MATLAB中建立了各个子模块的仿真模型和并联型有源电力滤波器的整体仿真模型。仿真结果表明,其谐波抑制和无功补偿可以达到良好的效果,在技术上是可行的。关键词：电力有源滤波器；谐波；谐波检测；matlab/simulink仿真DESIGN OF ACTIVE POWER FILTER BASED ON MATLABABSTR
3、ACTWITH THE DEVELOPMENT OF POWER ELECTRONIC DEVICE THE INCREASINGLY WIDESPREAD APPLICATION OF POWER ELECTRONIC DEVICE, WHICH HAS RESULTED IN A NONLINEAR NETWORK CONTAINS A LARGE NUMBER OF HARMONICS, THE HARMONIC OF POWER SYSTEMS HAS BROUGHT SERIOUS POLLUTION, SERIOUS HARM TO THE ELECTRICAL EQUIPMENT
4、 AND THE STABLE RUNNING OF THE COMMUNICATION SYSTEM. ALTHOUGH THE TRADITIONAL PASSIVE POWER FILTER HAS THE ADVANTAGES OF SIMPLE STRUCTURE, LOW COST, MATURE TECHNOLOGY, LOW RUNNING COSTS, BUT IT ALSO HAS SOME DISADVANTAGES, SUCH AS ONLY THE INHIBITION OF STATIONARY HARMONICS, AND A HARMONIC UNDER CER
5、TAIN CONDITIONS AND THE GRID IMPEDANCE RESONANCE INSTEAD OF THE HARMONIC AMPLIFICATION.CURRENTLY, THE HARMONIC SUPPRESSION IS AN IMPORTANT TREND OF ACTIVE POWER FILTERS, ACTIVE POWER FILTER IS A POWER ELECTRONIC DEVICES, AND RELATED TECHNOLOGIES ARE INCREASINGLY BECOME A HOT TOPIC. THIS PAPER DESCRI
6、BES THE TOPOLOGY AND THEIR ADVANTAGES AND DISADVANTAGES OF SEVERAL COMMON APF, A DETAILED ANALYSIS OF THE HARMONIC DETECTION METHOD BASED ON INSTANTANEOUS REACTIVE POWER THEORY, AND PROPORTIONAL CONTROL AND FEEDFORWARD CONTROL OF TWO CURRENT-LOOP CONTROL STRATEGY, AND BOTH SPWM AND SVPWM MODULATION
7、STRATEGY. INTRODUCED THE BASIC PRINCIPLES AND STRUCTURE OF THE ACTIVE POWER FILTER, AND DESIGN OF A SHUNT ACTIVE POWER FILTER CONTROL SYSTEM. THE SYSTEM CONSISTS OF THE COMMAND CURRENT OPERATION, PWM CONTROL AND DRIVE CIRCUIT MODULE. SIMULATION MODEL OF THE VARIOUS SUBMODULES AND PARALLEL ACTIVE POW
8、ER FILTER SIMULATION MODEL IN MATLAB. THE SIMULATION RESULTS SHOW THAT THE HARMONIC SUPPRESSION AND REACTIVE POWER COMPENSATION TO ACHIEVE GOOD RESULTS, IS TECHNICALLY FEASIBLE.KEY WORDS: ACTIVE POWER FILTER; HARMONIC; HARMONIC DETECTION; MATLAB / SIMULINK SIMULATION目录论文总页数：25页1.1课题背景11.1.1谐波基本概念11.
9、1.2谐波主要危害：11.2国内外研究现状21.3本课题研究的意义21.4本课题研究方法31.5本文研究的内容32.有源电力滤波器32.1抑制谐波方法32.2 APF的工作原理和结构42.2.1 APF的基本原理和种类52.3 APF的谐波检测方法62.3.1 基于频域的检测方法62.3.2 瞬时空间矢量法72.3.3 有功分离法72.3.4 自适应检测法72.3.5 同步测定法72.4 APF的补偿电流控制方法72.4.1 三角载波控制72.4.2 滞环比较控制82.4.3 变结构控制82.4.4 无差拍控制与差拍控制82.4.5 单周控制（又称积分复位控制）82.4.6 空间矢量调制83源
10、电力滤波器谐波检测及控制策略93.1 瞬时无功功率理论简介及其应用93.1.1 瞬时无功理论定义93.1.2三相电路谐波和无功电流实时检测103.2 SVPWM调制策略114.电力有源滤波器的仿真实现154.1 源电力滤波器仿真模型的建立154.1.1 APF的系统仿真模型154.1.2 非线性负载模型164.1.3 谐波检测模型164.1.4 PWM信号的产生194.2仿真结果19结论22参考文献23致谢24声 明25 1引言电能是现代社会的主要能源之一，在各行各业中有着广泛的应用，电能质量的好坏直接关系到国民经济的总体效益。理想的供电系统对负荷供电时，应该保持三相平衡对称，电压电流波形皆为
11、单频恒定正弦波，电能质量不受负载变化的影响。随着电力电子装置及非线性、冲击性设备的广泛运用，谐波和低功率因数等问题越来越严重。目前的大型企业中，几乎每家企业都或多或少有着电网污染的现象。在供电的过程中电压的波形会由于某些原因而偏离正弦波形，即产生谐波。并且在电力的生产、传输、转换和使用的各个环节中都会产生谐波。供电系统中的谐波问题已经引起了社会各界的广泛关注，为了保证供电系统中所有的电气、电子设备能在电磁兼容意义的基础上进行正常、和谐的工作，必须采取有力的措施，抑制并防止电网中因谐波危害所造成的严重后果。1.1课题相关知识介绍1.1.1谐波基本概念1882年，法国数学家傅里叶（J.Fourie
12、r,1768-1830）指出，一个任意函数都可以分解为无穷多个不同频率正弦信号的和。基于此，国际电工（IEC:International Electrotechnical Commission）标准（IEC555-2，1982）定义谐波为：谐波分量为周期量的傅里叶级数中大于1的h次分量。把谐波次数的h定义为：以谐波频率和基波频率的之比的整数。电气和电子工程协会标准（IEEE标准519-1981）定义谐波为：谐波为一个周期波或量的正弦波分量，其频率为基波的整数倍。总结二者，目前国际普遍定义谐波为：谐波是一个周期电气量的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍9。1.1.2谐波主要危害谐波研究与治理对
13、于现代工业生产意义重大，这是因为谐波不仅降低电能的生产、传输和利用效率，而且给供、用电设备的正常运行带来严重危险。对于电力系统，谐波会放大系统局部并联谐振或串联谐振现象，使谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁。谐波还会引起继电保护和自动装置误动作，使电能计量出现混乱。对于电气设备，谐波可以使电气设备产生振动和噪声，还可以产生过热现象，促使绝缘老化，缩短设备使用寿命，甚至发生故障或烧毁。谐波对通信设备和电子设备会产生严重干扰。电力系统产生的谐波与普通电话线路传输的音频信号及人耳的音频敏感信号相比在信号频带上具有一定的重叠性，而且二者功率相差悬殊。对于通信的干扰，也是谐波的主要危害之一。谐波污染是电
14、力电子技术发展的重大障碍。电力电子技术是未来科学技术发展的重要支柱。有人预言，电力电子连同运动控制将和计算机技术一起成为21世纪最重要的两大技术。然而，电力电子装置所产生的谐波污染已成为阻碍电力电子技术发展的重大障碍，它迫使电力电子领域的研究人员必须对谐波问题进行更为有效研究。谐波治理是“绿色电流”的要求。虽然目前还没有完全证实高次谐波对人，动物以及生态环境的影响，但已有证据表明谐波对生态环境的影响确实存在，并引起了政府和各界人士的注意，开辟出了一个新的研究领域电磁环境对生态的影响。目前，对地球环境的保护已成为全人类的共识。从减少环境污染、维护绿色环境的角度出发，对电力系统这个环境来说，无谐波
15、就是“绿色”的主要标志之一。9因此，谐波治理已经成为电气工程领域迫切需要解决的问题。 1.1.3抑制谐波方法随着工业、农业和人民生活水平的不断提高，除了需要电能成倍的增长，对供电质量及供电可靠性的要求也越来越多，电能质量（Power Quality）受到人们的日益重视。 于是各国纷纷出台措施，制定相关标准。目前滤波是治理电网污染的有效方法，滤波就是将信号中特定的波段频率滤除的操作，是抑制和防止干扰的一项重要措施。它分为“无源滤波”（PF: passive filter）和“有源滤波”（APF: active power filter）10。（1） 无源滤波图1-1无源滤波器结构无源滤波器，又称LC滤波器，是利用电感、电容和电阻的组合设计构成的滤波电路，可滤除某一次或多次谐波，最易于采用的无源滤波器结构是将电感与电容串联，可对主要次谐波构成低阻抗旁路；单调谐滤波器、双调谐滤波器、高通滤波器都属于无源滤波器。无源滤波器具有结构简单、成本低廉
