论文总字数：16117字

摘 要

随着科学技术和经济的不断发展，电能的需求量也迅速增长，同时对电能质量的要求也越来越高。本文首先研究了关于谐波、电压不平衡、电压波动与闪变等各项电能质量指标的具体方法；其次研究了并联型有源电力滤波器对谐波的补偿，从并联型有源电力滤波器的结构及工作原理出发，建立并联型APF的模型，并重点研究了谐波检测算法和控制策略；最后利用MATLAB对并联型APF模型进行仿真，仿真结果表明设计的并联型APF的补偿特性和滤波效果很好，验证了所选检测算法和控制策略的正确性。

关键词：电能质量，并联型有源电力滤波器，控制策略

Abstract:As science and technology and the economy growing, demand for electricity is also growing rapidly, while the power quality requirements are increasing. Firstly, studied the specific methods on harmonics, voltage unbalance, voltage fluctuations and flicker and other power quality indicators; secondly studied shunt active power filter to compensate for the harmonics from the shunt active power filter structure and working principle is starting to build shunt APF model and focus on the harmonic detection algorithms and control strategies; finally shunt APF using MATLAB simulation model, simulation results show that the design of the compensation characteristics and shunt APF good filtering effect, verify the correctness of the selected detection algorithms and control strategies.

Keywords:power quality,shunt active power filter,control strategy

目录

1 引言 4

1.1 问题的提出 4

1.2本课题的研究意义和必要性 4

1.3 国内外研究现状 4

1.4本课题的主要工作 6

2 电能质量标准及其分析 6

2.1电能质量问题起因及特点 6

2.2 电能质量标准简介 7

2.3电能质量分析方法 8

3 电力系统谐波补偿方法的研究 10

3.1 谐波的产生和治理方法 10

3.3并联型APF的补偿特性 14

3.4谐波电流检测算法和APF的控制策略 15

3.5 本章小结 21

4 并联型APF的仿真及分析 21

4.1 仿真模型的参数选定 21

4.2 并联型APF的模型 21

4.3 并联型APF的仿真波形和结果分析 22

结 论 23

参 考 文 献 24

致 谢 25

1 引言

1.1 问题的提出

电能是现代社会中使用最广泛的能源，一个国家发达水平的衡量标准之一就是电能的应用程度。由于电网中各种非线性负荷和用户的不断增加：各种精密复杂的，对电能的质量有较高要求的用电设备逐渐增多。与此同时由于电气铁道化的发展以及钢铁、冶金、化工、有色金属、交通和煤炭等工业部门大量使用电力电子设备以及应用整流和换流技术，使得大量的谐波注入了电网，严重影响了供电质量和电网运行的可靠性和经济性。为了解决这些矛盾，分析和改善电网的电能质量成为了电力工作者的重要课题。

1.2本课题的研究意义和必要性

随着科学技术和国民经济的发展，电力工作者通过对电网中的各种电力干扰现象的监控与识别，对于引起用电设备故障，异常运行和停电造成的生产过程混乱的起因的分析，认为应该赋予电能质量更多新的内容。强化对电能质量概念的理解，提高对改善电能质量重要性的认识已经成为当代电力系统的需要。电能质量的改善有以下几点意义：

（1）首先，电能质量的改善是电力系统稳定、安全、经济运行的重要保证，是电网运行水平高低的重要标志。

（2）其次，电能质量的改善是提高经济效益、用电效益，以及改善电气环境的重要技术保证。

（3）最后，电能质量的改善通过电能质量的全面管理，保障用电秩序的正常，为社会提供安全可靠的电能。

1.3 国内外研究现状

电能质量包括四个方面的概念：电压质量(Voltage quality)即额定电压与实际电压间的偏差（偏差包含电压幅值以及波形和相位的偏差），反映了电力企业供给用户的电力是否合格；电流质量(Current quality)即对用户取用电流提出正弦波形、恒定频率的要求，并且使供电电压与电流波形同相位，来确保系统以高功率因数运行，电流质量的定义有助于改善电网电能质量以及降低网损；供电质量(Quality of supply)包括技术含义和非技术含义两个方面：技术含义包括供电可靠性和电压质量；非技术含义指的是服务质量(Quality of service)包括电力价格和供电公司对顾客投诉的反应速度等；用电质量(Quality of consumption)包括电流质量和非技术含义，例如用户是否如数、按时交电费等，它反映了供用电双方的相互影响和相互作用。通常，电能质量的定义：导致用户的用电设备故障或者不能正常运行的电流、电压以及频率偏差。这个定义简单概括了电能质量问题的前因和后果。

在20世纪90年代初期，很多发达国家开始大力投入电能质量方面的研究。许多国外的电力公司为了自身的电网控制，技术进步和对外宣传，积极开展对电能质量的检测和控制，并且建设有对外开放的网站，实时发布相关的电能质量信息。在日本，电能质量的概念包括电压偏差、电流偏差、供电中断、三相不平衡、闪变和谐波、电压暂降。相比之下，与我国目前的电能质量概念相一致，但是强调供电的不中断是电能质量最基本的要求。在日本，很多控制电能质量的设备已经得到了广泛的应用。最近几年，在电压暂降问题上的动态电压恢复器有了很多的研究。对于电能质量问题，美国也有很多的检测和研究。上世纪九十年代，出于对全国配电系统电能质量状况的调查，美国电力科学研究院与电力公司联合监测配电系统中的277个关键点。EPRI在对美国的电能质量问题普查时，开发了电能质量诊断系统PQDS。PQDS从数据的采集、处理、管理以及扰动识别、系统仿真和经济评估等方面对电能质量问题实施综合性的管理和分析，为往后电能质量问题的分析打下了良好的基础。现在美国很多电力公司和高校都在积极开展电能质量方面的课题研究和培训工作，并且向电力公司和用户提供多种解决电能质量问题的方案^[1]。

我们国家已经制定了六项电能质量的国家标准，包括电网谐波、供电电压偏差、三相电压不平衡、电力系统频率偏差、电压波动和闪变、瞬态过电压和暂时过电压。管理部门和电力部门主要以这六个标准为依据，开展电能质量的监测和评价。目前很多研究院和高校都在研究如何改善电能质量，主要是针对谐波的检测，治理和改善方面。很多公司研制出了一些高精度的电能质量检测仪，提高了电能质量检测的可靠性和准确性，但是由于造价过于昂贵，还没有得到普遍的使用。 随着电力电子技术和电力市场的发展,人们对于电能质量问题也越来越关注，因此有源电力滤波器有着很好的发展潜力和前景。由于大容量APF的造价成本高，所以近些年提出和开发一些改善电能质量的补偿装置，包括各种有源电力滤波器(APF)、动态无功补偿器(SVC)、动态电压恢复器(DVR)以及电能质量综合补偿装置(UPQC)等。目前，研究最多的是混合型滤波器，并且主要以理论研究和实验研究为主。对于混合型滤波器可以分为两类：一种是统一的电能质量控制器（UPQC），另一种是混合型有源电力滤波器。由于混合型有源电力滤波器性能优良，接线简单，运行稳定，并且能够和无功补偿装置，电容器组等组合运行，实现大容量无功补偿和动态谐波抑制，所以是适合我国发展现状的新型装置。

1.4本课题的主要工作

本论文主要分为电能质量分析和有源电力滤波器补偿谐波两部分。首先分析影响电能质量的各项具体指标，提出治理谐波的有效方案；然后针对谐波设计有源电力滤波器，并进行仿真研究看其能否补偿谐波从而提高电能质量。具体工作如下：

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