摘 要

交流电网中要实现的最基本功能是保障用户的用电需求，即保障供电的稳定、安全、优质。但近年来，随着电力电子技术的快速发展和电力电子装置更广泛的使用，交流电网面临着影响电能质量的各种问题，提高电网中电能质量的关键是无功补偿和谐波抑制。有源电力滤波器(APF)是把无功补偿和谐波抑制结合起来的动态补偿装置，是一种理想的综合补偿装置。本文以交流电网的电能质量为研究对象，对交流电网的电能质量进行分析，研究电能质量的改进方案，对基于APF的综合补偿装置进行仿真获得其补偿特性。具体内容包括以下几个方面：

首先，本文对交流电网中电能质量出现的问题、原因及其危害进行分析，然后分析交流电网中典型设备的电能质量特性。负载类型有很多种类，且在不同的工作情况和运行参数下，对电能质量影响的分析结果也会有所差异。分析负载电能质量特性，便于将各种负载划分种类，并选取具有代表性的负载进行分析。之后在交流电网典型设备电能质量特性分析的基础上进一步进行电能质量的理论分析，通过搭建仿真来验证理论分析。最后研究交流电网电能质量的改进方案，概述电能质量各种改进方案，对比得出各自的优缺点，针对选择的APF方案，详细研究有关有源滤波器的内容，并仿真分析其对交流电网电能质量的改进效果。

关键词：谐波抑制；无功补偿；有源滤波器；电能质量；综合补偿

Abstract

In order to achieve the most basic function AC grid needs to protect the user's electricity needs, that is, to ensure the stability, safety, quality of power supply. But in recent years, with the rapid development of power electronics technology and the wider use of power electronic devices, AC grids are faced with various problems that affect the quality of power. The key to improving the quality of power in AC grid is reactive power compensation and harmonic suppression. Active power filter (APF) is a dynamic compensation device that combines reactive power compensation and harmonic suppression. It is an ideal integrated compensation device. In this paper, the power quality of the AC grid is taken as the object of study, and the power quality of the AC grid is analyzed.At the same time the improvement scheme of the power quality is studied.So the compensation characteristic of the APF-based comprehensive compensation device is obtained. Specific content includes the following aspects:

Firstly, this paper analyzes the problems, causes and hazards of power quality in AC grid, and then analyzes the power quality characteristics of typical equipment in AC grid. There are many types of load types, and under different operating conditions and operating parameters, the impact of power quality analysis results will be different. Analyzing load’s power quality characteristics makes us easy to divide the various types of load, and select some representative load for analysis. Then, the theoretical analysis of the power quality is carried out on the basis of the analysis of the power quality characteristics of the typical equipment of the AC grid, and the theoretical analysis is verified by simulation. Finally, the improvement scheme of power quality of AC grid is studied, and various improvement schemes of power quality are summarized. The advantages and disadvantages of each method are compared. The contents of the selected active power filter are studied in detail, and the effect of AC grid power quality is simulated after improved.

Key words: harmonic suppression; reactive power compensation; active power filter; power quality; comprehensive compensation

目 录

第1章 绪 论 1

1.1 交流电网电能质量面临的问题及危害 1

1.1.1 电网面临的问题及产生的原因 1

1.1.2 无功功率和谐波对电网的危害 1

1.2 交流电网电能质量治理措施 2

1.3 有源电力滤波器的研究现状 3

1.3.1 国外研究现状 3

1.3.2 国内研究现状 3

1.4 本文的研究内容 3

第2章 交流电网典型设备电能质量特性分析 5

2.1 变压器型负载电能质量特性分析 5

2.2 LED照明负载电能质量特性分析 6

2.3 直接启动电机型负载电能质量特性分析 7

2.4 带Y/△型启动器型电机型负载电能质量特性分析 8

2.5 带变频启动器型电机型负载电能质量特性分析 9

2.6 三相不平衡负载电能质量特性分析 10

第3章 交流电网电能质量分析 11

3.1 交流电网电能质量理论分析 11

3.2 交流电网电能质量仿真分析 13

第4章 交流电网电能质量改进方案的研究 15

4.1 交流电网电能质量改进方案分析 15

4.1.1 交流电网电能质量改进方案概述 15

4.1.2 交流电网电能质量改进方案比较 16

4.2 有源电力滤波器控制技术分析 17

4.2.1 谐波电流检测技术 17

4.2.2 补偿电流控制策略 18

4.2.3 脉宽调制控制 19

4.3 有源电力滤波器的仿真研究 20

4.3.1 建立仿真模型 20

4.3.2 有源电力滤波器的仿真分析 23

第5章 总结和展望 25

参考文献 27

附录A 29

致 谢 30

第1章 绪 论

交流电网中存在很多感性无功负载，感性无功负载主要有感应电动机、变压器等，这些无功功率对电网有影响。同时，非线性负载产生的谐波同样影响交流电网电能质量，特别是随着非线性负载的使用日益增多，由此所造成的电网中谐波、无功污染也日益严重，关于电能质量的研究和保护的更高要求被提出，而交流电网中谐波和功率因数是评价电能质量的关键指标。交流电网中的无功和谐波污染问题已成为当前研究的重要问题之一。

本章首先介绍本文的研究对象，分析其产生原因和危害，然后对比传统和现有方案的工作原理和优缺点，之后列举了常见的电能质量治理的措施，最后简述了本文的研究内容。

1.1 交流电网电能质量面临的问题及危害

1.1.1 电网面临的问题及产生的原因

交流电网中面临的问题主要有无功、谐波等。

在交流电网中主要有下面几种产生无功的负荷：

（1）变压器、电动机等阻感性负荷；