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摘 要

随着社会的日益迅速发展，同时伴随着各种电气设备的出现，随之而来的各种形式的负载在电网中的不断出现，电能质量问题在配电网中的也越来越突出。

当今社会，保证给用户提供高水平优质的电能，是电力系统要实现的重要目标之一。由于连接到公用事业网非线性负载的大量增加，工业，商业和住宅消费者使用着退化的电能。当谐波电流与公共电阻在公共点相互耦合导致电压失真时这种电能质量退化就会发生。此外如电压暂降，电压骤升和电压不平衡的问题，也有助于降低临界载荷所需要的电能质量。电力系统三相不平衡，会使系统中无功需求增加,且含有大量谐波,同时导致零序电流在中性线叠加,使中性线过载超负荷。这些退化的电能质量，不停地在老百姓的生活中出现，人们使用着这些劣质的电能，导致人们生活质量的下降。目前，通过有功功率补偿减少电能质量问题，从而进行通过有源电力线调节器如采用并联，串联和混合有源滤波器（APF），通用电能质量控制器（UPQCs）、不间断电源（UPS）系统、动态电压恢复器及其他治理措施。因此，高质量的电能有助于提升人们的生活质量，营造良好的发电用电关系。

本文主要介绍了在三相四线制配电系统中电能质量治理的几种常用手段，分析比较各种治理手段的优点与缺点，进行归纳总结。并且通过在MATLAB/Simulink环境下搭建模型，对三相四线制配电系统下的负载非线性负载时一种有源滤波器APF对电能质量的改善作用进行仿真并进行分析。

关键词：三相四线制，谐波抑制，无功补偿，电压调整，三相不平衡，APF仿真。

Abstract

With the rapid development of society, accompanied by the emergence of a variety of electrical equipment, the various forms of load in the power grid continue to emerge, the power quality problems in the distribution network is also becoming more and more prominent.

In electric power system, the requirement of improving power quality is one of the main goals of power system.

Nowadays, the demand for improved power quality is one of the main goals to be achieved in electric power systems. Industrial, commercial and residential consumers are subjected to degraded power quality because of increased amounts of non-linear loads connected to the utility grid. This degradation occurs when the interaction between harmonic currents and utility impedance causes voltage distortions at the utility point of common coupling. Additional problems such as voltage sags, voltage swells and voltage unbalances have also helped to decrease the quality of electric power needed for critical loads. Accordingly, procedures have been adopted to mitigate power quality problems through active power compensation, which is conducted by means the use of active power-line conditioners such as shunt, series and hybrid active power filters (APFs),unified power quality conditioners(UPQCs), uninterruptible power supply (UPS) systems, dynamic voltage restorers and others.

This paper mainly introduces some common methods of power quality control in three-phase four wire system, analyzes and compares the advantages and disadvantages of various control methods, and summarizes the advantages and disadvantages of the system. And through the MATLAB/Simulink environment to build a model, the three-phase four wire distribution system under the load of nonlinear load of an active power filter APF to improve the power quality simulation and analysis.

Key words：three-phase four-wire system；harmonic suppression；reactive

power compensation；voltage regulation；three-phase unbalance；APF simulation.

目 录

摘要 Ⅰ

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题研究背景及其意义 1

1.2 谐波的定义、谐波的产生原因及其影响和危害 1

1.2.1 谐波定义 1

1.2.2 谐波产生的原因 2

1.2.3 产生电力谐波的设备 4

1.2.4 谐波的影响跟危害： 4

1.2.5 我国电网电压电流谐波标准 5

1.3 无功功率的定义及其生成和它对电力系统的危害 6

1.3.1 无功功率定义 6

1.3.2 消耗无功功率的设备 6

1.3.3 无功功率对电网危害 6

1.3.4 无功补偿意义 7

1.4 谐波抑制与无功补偿发展历程 7

1.5 电压偏移、电压波动和闪变的概念及其危害 7

1.5.1 电压波动和闪变概念 7

1.5.2 电压波动和闪变原因 7

1.5.3 电压波动和闪变的危害 8

1.6 三相不平衡定义及其危害 8

1.6.1 三相不平衡度 8

1.6.2 三相不平衡危害 9

1.7 本文主要研究内容 9

第二章 电力谐波的检测和抑制 10

2.1 谐波检测方法及各自优缺点 10

2.1.1 模拟滤波器检测法 10

2.1.2 瞬时无功功率检测法 11

2.1.3 傅里叶变换检测法 11

2.1.4 小波变换检测法 11

2.1.5 神经网络检测法 12

2.1.6 Pisarenko和Music检测法 12

2.1.7 虚拟磁势检测法 13

2.1.8 Kalman滤波、遗传算法、模拟退火算法检测法 13

2.2 谐波抑制 13

2.2.1 谐波抑制措施 13

2.3 本章小结 20

第三章 无功功率补偿技术 21

3.1 无功补偿技术的发展 21

3.2 无功补偿策略及其优缺点 21

3.2.1 同步调相机 21

3.2.2 并联电容器（Parallel Capacitor,PC） 21

3.2.3 静止无功补偿器(Static Var Compensator) 22

3.2.4 静止无功发生器(SVG) 22

第四章 电压调整及三相不平衡抑制策略 25

4.1 我国各电压等级的电压规范 25

4.2 调压方式及措施 25

4.2.1 中枢点调压 25

4.2.2 电压调整的措施  26

4.3 三相不平衡改善措施 28

第五章 基于ip_iq谐波检测法的并联型有源滤波器仿真分析 29

5.1 谐波电流检测 29

5.1.1 瞬时无功理论 29

5.1.2 ip_iq谐波检测法 31

5.2 PWM补偿控制 32

5.3 直流电压控制 33

5.4 仿真模型 34

5.4.1 系统仿真模型 34

5.4.2 谐波电流检测模块 34

5.4.3 PWM控制及生成模型 35

5.4.4 非线性负载模型 36

5.5 仿真及分析 36

5.5.1 三相平衡负载三相电流仿真波形分析 36

5.5.2三相不平衡非线性负载情况下三相电流仿真波形及分析 38

5.6 本章小结 45

结论 46

参考文献 47

致谢 49

第一章 绪论

本章主要阐述了电能质量综合治理的研究背景与意义，概述了电能质量治理设备的发展情况，比较传统电能质量综合治理的方案并进行对比分析。

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