摘 要

随着航空航天领域的发展，各种电力电子元器件及设备广泛应用于航空系统，在给飞机性能带来巨大提升的同时也不可避免的造成了谐波污染等问题。针对这一问题，本文选用了有源滤波器作为补偿谐波的主要对象进行学习探讨。

有源滤波器的应用最关键的部分则是对其系统进行控制。本文结合前人相关研究，探究了APF双闭环控制系统，并进行了初级的建模仿真。文中首先对有源滤波器的基本拓扑进行了介绍，并了解到并联型APF是最为常用的，故而本文的探讨也是针对并联型APF而言。在了解APF的性能特点后，本文又从系统的整体出发，对APF控制系统最核心的两部分，谐波检测技术与电流控制技术，分别进行了调查和介绍。最后谐波检测选择了目前常用的基于滑窗迭代的离散傅里叶变换算法（SDFT），并通过学习其原理，尝试搭建了其内部结构电路图；电流控制则选择了滞环比较与三角载波两种方法，同时在最后仿真阶段进行了波形效果对比。

对于APF控制系统，则采用了基于电流内环电压外环的双闭环PI控制方法，对电流环和电压环分别进行了探讨，并利用MATLAB搭建了APF系统整体控制电路图进行了仿真，同时添加了负载变化环节，便于对系统的动态性能进行观察分析。考虑到实际航空电网普遍采用的是400Hz、115V交流电源，本文的仿真部分也采用这一参数的电源系统。

关键词：有源电力滤波器；谐波检测；电流控制；闭环控制

Abstract

With the development of the aerospace industry, all kinds of power electronic components and equipment are widely used in the aviation system, which brings about a great improvement in the performance of the aircraft at the same time inevitably caused the harmonic pollution and other issues. In view of this problem, this thesis chooses the active filter as the main object to study the compensation harmonic.

The most critical part of the application of active power filter is to control the system. In this thesis, based on the previous research, we have explored the APF double closed loop control system, and carried out the primary modeling and simulation.In this thesis, the basic topology of the active filter is introduced, and the parallel type APF is the most commonly used, so the research of this thesis is also aimed at the parallel type APF.After understanding the performance characteristics of APF, this thesis from the system as a whole, the two parts of the core of the APF control system, harmonic detection technology and current control technology, respectively, were investigated and introduced.Finally, harmonic detection, chose currently commonly used based on sliding window iterative discrete Fourier transform algorithm (SDFT), and through the principle of learning, try to construct the internal structure of the circuit; current control chose hysteresis compared with two methods of triangular carrier, also in the final stage of the simulation were waveform comparison.

For APF control system, the use of a based on the inner current loop and outer voltage loop of the double closed loop PI control method, the current loop and voltage loop are discussed in this thesis. And build the APF system overall control circuit simulation using MATLAB, and add the load change links, in the dynamic performance of the system of observation and analysis.Taking into account the actual aviation power grid is generally used 115V, 400Hz AC power, the simulation part of this thesis also uses the parameters of the power system.

Keywords: Active power filter；Harmonic detection；Current control；closed-loop control

目 录

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 谐波问题及抑制 1

1.2.1 谐波定义及来源 1

1.2.2 谐波的危害 2

1.2.3 谐波的治理措施 2

1.3 有源电力滤波器的概况 3

1.3.1 有源滤波器的研究历程 3

1.3.2 有源滤波器的发展趋势 4

1.3.3 有源滤波器在航空电网中的应用 4

第2章 有源滤波器的结构及原理 5

2.1 有源电力滤波器的分类 5

2.2 并联型有源滤波器原理 5

第3章 并联型有源滤波器谐波电流检测技术 7

3.1 主要谐波检测算法介绍 7

3.2 离散傅里叶变换法 8

3.2.1 离散傅里叶变换的原理 8

3.2.2 基于滑窗迭代的离散傅里叶变换算法 9

3.3 SDFT算法的建模 9

第4章 并联型有源滤波器电流控制技术 11

4.1 滞环比较控制法 11

4.2 三角载波控制 12

4.3 无差拍控制 12

第5章 并联型APF控制策略 13

5.1 并联型APF的双环控制系统 13

5.2 电流内环控制 14

5.3 电压外环控制 16

第6章 双环控制系统仿真 20

第7章 总结 27

参考文献 28

致谢 29

第1章 绪论

1.1 引言

近年来，伴随着现代电力电子技术的快速成长，各式各样的电力电子元器件及设备在社会的各个领域如电力系统、楼宇自动化及家用电器中获得了普遍应用。另外，在航空航天领域，电力电子元器件及设备也是航空电网系统中不可或缺的一部分。然而，在电力电子装置转换电能的同时，其非线性和多样性的特点导致了大量的谐波和无功注入电网，进而导致了电网系统的效率变小，功率因数降低，电压波形畸变严重，同时对其它装置和设备产生很强的电磁干扰，甚至会对整个航空系统的安全运行造成严重威胁。

然而在另一方面，现在的航空系统用电设备对电能质量要求却又不断提升。为了满足航空系统的电能质量需求，消除影响航空系统安全运行的潜在威胁，保障飞机的安全稳定可靠飞行，寻求一种谐波抑制和无功补偿的装置或方案已成为电力电子技术在航空领域中应用的一个重大课题。有源电力滤波器就是在这样一个需求环境下，以其良好的补偿谐波和无功的特性，逐渐被航空领域应用，现今有源电力滤波器在航空领域应用的研究也越来越深入和成熟。