论文总字数：29203字

摘 要

采用有源滤波器就地吸收谐波源所产生的谐波电流，是消除或限制电力系统谐波污染的一种有效的措施。本文从抑制谐波常用的几种方法出发，着重有源滤波器的相关知识及其仿真设计方法的介绍。本文设计的有源滤波器是利用瞬时无功功率理论计算谐波电流，由此产生有源电力滤波器的补偿信号。该方法可以实现快速的检测出谐波分量，并补偿无功功率。本设计用先进的仿真软件工具SABER中的电力系统仿真工具箱对基于这种方法的有源滤波器进行仿真，仿真结果表明基于瞬时无功功率理论设计的有源滤波器装置能够有效检测出谐波分量，并可以抑制谐波分量和进行无功补偿。

关键词：谐波 有源滤波器 仿真 SABER

Design and Simulation of three phase half bridge structure APF

Abstract

Using active harmonic filters in place to absorb the harmonic currents generated by the source, is to eliminate or limit the kind of power system harmonic pollution effective measures. In this paper, several methods commonly used to suppress harmonic way, focusing on knowledge and simulation of active filter design methods. In this paper, active filter design is the use of instantaneous reactive power theory to calculate the harmonic currents resulting compensation signal of APF. This method can achieve rapid detection of harmonics and reactive power compensation. The design of advanced simulation software tools used in the power system simulation SABER toolbox for active filter based on this method of simulation, simulation results show that based on instantaneous reactive power theory active filter device designed to effectively detect the harmonic wave component and can suppress harmonics and reactive power compensation.

Key Words: Harmonic APF Simulation SABER

目 录

摘 要 II

Abstract III

第一章 绪论 1

1.1 课题背景和意义 1

1.2 谐波 1

1.2.1 谐波的定义以及谐波的来源 1

1.2.2 谐波的危害及标准 2

1.3 谐波抑制技术 4

1.3.1 我国限制电力系统谐波的规定 4

1.3.2 抑制方法 6

1.4 谐波研究的现状 10

第二章 有源滤波器 12

2.1 有源电力滤波器的基本原理和结构 12

2.1.1 有源滤波器的基本工作原理 12

2.1.2 有源滤波器的结构 13

2.2 有源滤波器的形式以及优点分析 14

2.2.1 有源滤波器的形式 14

2.2.2 有源滤波器的优点 17

2.2.3 无源滤波器与有源滤波器比较总结 18

2.3 有源滤波器的检测部分 18

2.3.1 检测谐波位置 19

2.3.2 检测谐波方法 19

2.4 有源滤波器补偿电流的控制 21

2.4.1 概述 21

2.4.2 利用脉宽调制技术消除谐波 21

2.4.3 脉宽调制（PWM）逆变器与控制 22

2.4.4 SPWM波形生成方法 25

2.5 有源滤波器的发展方向 26

第三章 SABER仿真 29

3.1 软件简介及应用领域 29

3.2 SABER软件的优势 30

3.3 并联型有源滤波器的拓扑结构 31

3.4谐波与无功检测方法及控制方法的研究 31

3.4.1 无功与谐波电流检测方法综述 31

3.4.2 瞬时无功功率理论分析 34

3.5 并联型APF主电路设计 36

3.5.1 交流侧电感的设计 36

3.5.2 直流母线电容值与工作电压的选择 38

3.5.3 LCL滤波回路的设计 39

3.6 仿真模型的建立 41

3.6.1 高频滤波回路仿真实验 42

3.6.2 谐波检测实验 44

3.6.3 谐波补偿实验 45

第四章 结论 47

参考文献 48

致谢 50

第一章 绪论

1.1 课题背景和意义

随着社会的发展以及科技的进步，电力电子装置的应用越来越广泛，但是随着非线性负载的数量和容量的增加，这些装置在给人的生活带来便捷高效和巨大利益的同时，非线性、谐波、冲击性和不平衡用电给电能质量造成的污染日益严重，往往会使电网中的电压电流的波形发生严重畸变。任何瞬态和暂态的电能质量问题都可能造成电力设备运行的一场甚至损坏，从而影响到工矿企业的正常生产。因此，电能质量的治理问题亟待解决，这成为了近年来社会关注的热点之一。

有源电力滤波器是治理谐波以及提供无功补偿的有效装置，将在电能质量治理中发挥重要作用。

1.2 谐波

1.2.1 谐波的定义以及谐波的来源

在供电系统中，通常我们希望交流电压和电流呈正弦波形。正弦电压可以表示为：

(1-1)

式中，U为电压有效值，为角频率，为初相角。

当正弦电压施加非线性电路上时，电流波形就不再是正弦而变为非正弦的，而非正弦的电流在电网阻抗上会产生电压，使得电压波形也变成非正弦的。周期为的非正弦电压克表示为：

(1-2)

式中：

在（1-2）的傅里叶级数中，频率为1/T的分量是基波。在IEEE标准5 1 9.1981中谐波定义为：“谐波为一周期波或量的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍。谐波次数为谐波频率和基波频率的整数比”。

电网中的谐波主要有三个方面的来源：

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