论文总字数：23538字

摘 要

如今电力的广泛运用，人们逐渐重视起了电能质量问题。电力电子技术业界的飞速进步带动了电能的多方向应用，也带来了严重的谐波污染问题。而有源滤波器(APF)的出现极大改变了这一情况，作为一种谐波跟踪性优秀的装置，APF能够有效根据谐波电流做出补偿，其补偿效果及安装便捷性备受人们期待。

首先，本文简要介绍了电力系统中的谐波问题和应对措施，从而引出APF的起源发展、研究现状和未来前景。接着，对APF的结构和工作方式进行了理论分析，确认了保证APF性能的重点在于如何保证检测系统中谐波电流分量的正确性和快速性。因此，本文将描述如何基于瞬时无功功率理论的提取谐波分量，并根据分析选择了合适的主电路运行方案。在理论分析之后，进入到搭建仿真模型的环节，本文会依照理论分析的结果，将仿真模型一一具现化。最后，运行仿真模型，用仿真结果和理论一一对比分析，观察仿真模型是否有效工作。本文将使用Matlab的Simulink库中的仿真模块完成建模和仿真。

关键词：有源电力滤波器 抑制谐波 瞬时无功功率理论 Simulink仿真

Modeling and Simulation of active power filter

Abstract

With the widespread use of electricity, people pay more and more attention to the power quality problems. The rapid development of power electronic technology has led to the development of the power application, but also brought about the problem of harmonic pollution. And the emergence of the active power filter (APF) has greatly changed the situation. As a kind of excellent harmonic tracking device, APF can effectively compensate the harmonic current. People are very much looking forward to its compensation effect and installation convenience.

First of all, this paper briefly introduces the harmonic problems in power system and the countermeasures to solve it. Thus leads to original development, research status and future of the APF. Then, the structure and working principle of APF are analyzed. It ensures that the key to the performance of active power filter is to ensure the accuracy and rapidity of the part of harmonic current in power system. Therefore, this paper will introduce the method of harmonic component detection based on instantaneous reactive power theory, and select the appropriate main circuit operation scheme according to this theory. After the theoretical analysis, the part of the paper is the link to build the simulation model. This paper will be based on the results of theoretical analysis. The simulation model will be realized. Finally, I will run the simulation model and use the simulation results to do the theoretical analysis. The result will be confirmed whether the simulation model is correct. This paper will use the simulation module in the Simulink simulation of the Matlab to complete the modeling and simulation tasks.

Keywords: active power filter, harmonic suppression, instantaneous reactive power theory, Simulink simulation

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 电力系统中的谐波问题和应对措施 1

1.2 有源电力滤波器起源发展 3

1.2.1 APF的发展历史 3

1.2.2 APF的分类 4

1.2.3 APF的热点研究方向 4

1.3 有源电力滤波器的研究现状和市场前景 5

1.3.1 如何控制APF的研究现状 5

1.3.2 APF的实际工业需求情况 6

1.3.3 APF实际工业生产现状 7

1.3.4 APF的市场前景分析 8

1.4 本课题要研究的问题和采用的研究手段 9

第二章 有源电力滤波器的原理、构成及其控制方案 10

2.1 有源电力滤波器的原理 11

2.1.1 谐波电流的检测和补偿原理 12

2.1.2 基于瞬时无功功率理论的ip-iq谐波检测法 13

2.2 主电路架构 16

2.3 电流跟踪控制电路 18

2.3.1 滞环比较器输出PWM信号 18

2.3.2 使用定时控制比较器输出PWM信号 19

2.4 本章小结 20

第三章 有源电力滤波器模型仿真设计 21

3.1 负载电路设计 21

3.2 谐波检测电路设计 22

3.3 主电路设计 24

3.3.1 主电路滞环控制信号模块 24

3.3.2 补偿发生电路 26

3.4 本章小结 29

第四章 APF仿真数据分析以及波形图对比 30

4.1 LPF截止频率对谐波消除的影响实验 30

4.2 滞环带宽对谐波消除的影响实验 31

4.3 仿真模型各示波器波形分析 35

4.4 本章小结 39

第五章 总结 40

参考文献 42

致 谢 43

第一章 绪论

如今，工业技术的发展速度越来越超出我们的想象，越来越多的电力电子器件被广泛运用到了各式各样的用电场合中去，改善着我们的生活。然而，高速成长的工业行业需要大量使用电力电子元器件，它们是电力网中大量的谐波污染的主要来源。大量变流器设备以及各类开关元器件的通断动作使得电网中的非线性负荷压力增大，消耗了大量的无功功率。

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