摘 要

随着现代工业水平的不断提高，电力系统面临着许多不得不更加重视的问题，大功率的非线性负荷给电网注入了大量的谐波和次谐波分量，极大影响了电能质量和供电安全。针对这个问题，从最初的无源电力滤波器到现在的有源滤波器，极大地解决了谐波对电网以及电力系统的影响。

本文针对在工业上出现的大容量非线性负载，设计了一款简单实用的有源电力滤波器，通过它来抑制负载对电网造成的谐波危害。提出了方案并做出了参数设计与系统仿真。系统主电路采用三相四线制的结构，利用无功功率检测理论，通过检测负载电流的控制方案来控制电力有源滤波器，该有源滤波器主要包括主电路、谐波检测电路和有源滤波电路，最后对系统建模并进行仿真实验，仿真结果表明，该滤波器达到理想的滤波效果，可以良好的补偿由非线性不对称负载在电网侧产生的谐波。

关键词：三相四线制；滤波器；无功功率理论；参数仿真

Abstract

With the continuous improvement of modern industrial level, the power system is faced with many problems that have to be paid more attention to. The high-power non-linear load has injected a lot of harmonic and sub-harmonic components into the grid, which greatly affects the power quality and safety of power supply The In response to this problem, from the initial passive power filter to the current active filter, which greatly solved the harmonic on the power grid and the impact of power systems.

In this paper, a simple and practical active power filter is designed to suppress the load caused by the active filter by designing the active filter. Proposed the corresponding program and made the parameter design and system simulation. The main circuit of the system adopts the structure of three-phase four-wire system. The reactive power detection theory is adopted to control the active power filter by detecting the control scheme of the load current. The system mainly includes the main circuit, the harmonic detection circuit and the active filter circuit, The simulation results show that the filter can achieve the ideal filtering effect and can compensate the harmonic generated by the nonlinear asymmetric complex on the grid side. 

Key words： three- phase four - wire system; filter; reactive power theory;parameter simulation

目 录

第1章 绪论 1

1.1 谐波问题及现状 1

1.2 滤波器的发展 2

1.3 本文的主要工作 3

第2章 有源电力滤波器的主电路的选型 3

2.1 主电路的结构选择 4

2.2 开关器件选型 7

第3章 三相并联型有源滤波器的谐波电流检测方法 8

3.1谐波检测方法分类 9

3.2 瞬时无功理论 10

3.3基于瞬时无功功率理论的检测法 13

第4章 三相并联型有源滤波器的控制方式 15

第5章 三相并联型以后源电力滤波器系统参数仿真 17

5.1 MATLAB仿真介绍 18

5.2 仿真的模型 18

5.2.1 三相并联型有源电力滤波器的主电路 18

5.2.2 三相并联型有源电力滤波器的谐波检测电路 20

5.2.3三相并联型有源电力滤波器的谐波跟踪电路 21

第6章 结论 22

参考文献 23

附 录 25

附录A 25

附录B 26

附录C 27

第1章 绪论

随着现代工业水平的提高，人们对于用电负荷的需求也越来越大，负荷量也越来越大，使得各种开关器件、非线性和时变性电子装置大量投入使用，使得电力系统在工作过程中会产生大量的谐波和次谐波，导致电力网络中的电压和电流波形严重失真，这会损害电能质量和增加电力供应的难度，电能质量的下降的问题会导致用电客户体验较差，也会使供电计费有偏差，降低了人们生活的水平，严重的会影响经济的稳定与发展，谐波治理是电能质量管理的核心，是现代电力发展的重要着力点。

1.1 谐波问题及现状

谐波一般意义上是指在一个周期上的一个正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍。

以正弦电压为例，谐波电压可以表示为：

（1-1）

其中，U为电压有效值；ω是角频率；θ是初相角。

无源线性元件是不会影响正弦电压的整体波形的，其负载电压与负载电流仍然是一个同频率的正弦波；但是当正弦电压作用在非线性负载上时，电流就有可能变成非正弦波。在满足一定的条件下，周期正弦信号课看作是一个傅里叶级数，即：

（1-2）

式中，从频率上分量可以分为两种，一种是与工频相同的分量，称之为基波，另一种是工频的的整数倍，叫做谐波。

谐波研究与治理对于现在与未来的工业发展有十分重要重要的支持作用，谐波会导致电力输送不通畅，电能消费力不高，电能生产效率低，而且对于电力系统，谐波会加重部分区域的频率波动，导致串并联谐振，若是谐波的含量达到一定程度，就会烧毁电气设备，贵重的电气设备会极大经济损失。谐波的高频率高幅值还会引起电压波动，导致继电保护装置误动作，影响供电系统的水平和能力，造成经济发展不顺；谐波还会因其过高的频率发出噪声，影响正常的电子传输设备，干扰正常的通信，有一定的危险性；谐波治理也是“绿色电力”的要求，谐波污染是电力电子技术发展需要克服的一个重大难题，是减少生态破坏环境污染的主要手段,因此，谐波治理是电气工程领域一个重要的待解决的问题。现代电力网络中最主要的产生谐波的原因是各种非线性元件，在各种开关电子元件遍布各个系统的各个角落中的时代，开关管在一定条件下会使电流波形发生畸变，这会使谐波更容易产生。而整流器在电子装置中所占份额最大，它能将交流电转化为直流电，是交流电力网络中最经济最简单的电能供给方式，所以本次设计的主电路将由整流器组成。整流器一般分为可控整流和不可控整流，按照开关管的种类来分的主要看开关是否可以控制，可控整流还分为全控和半控整流，也是按照开关器件来分的，因此主电路的选择必然是全控整流电路。

1.2 滤波器的发展