论文总字数：11649字

摘 要

随着非线性电力电子器件的广泛使用,其产生的谐波电流注入电网，严重影响了广大用户的日常生产、生活。因此，抑制谐波、提高电能质量显得尤为重要。混合型有源电力滤波器是抑制谐波的重要装置之一，而谐波电流检测算法是其重要环节之一，对其进行研究有重要的意义。

本文先分析了谐波产生的原因及危害，讨论了谐波的抑制措施，研究了混合型有源电力滤波器及其在谐波检测方面发挥着的重要作用。关于谐波检测，本文介绍了常见的几种算法，重点研究了基于瞬时无功功率理论的检测法和检测法，并对其进行建模仿真，得出是最适用的谐波检测方法之一的结论。

关键词：混合型有源电力源滤波器,瞬时无功功率,,Simulink

ABSTRACT: With the widespread use of non-linear power electronic devices，which has produced harmonic currents injected into the grid. And the harmonic has seriously affected the everyday life and production of the majority of users. Therefore, it is particularly important to restrain harmonic and improve power quality. Hybrid Active Power Filter is one of the important devices for suppression of harmonics and the harmonic current detection is one of the important links, which has an important significance to study it.

This article firstly analyzed the reasons and harms of the harmonic, and discussed harmonic suppression measures and then studied the hybrid active power filter and its important role in harmonic detection. About the harmonic detection, this paper introduced several common means and mainly studied the test and test based on the instantaneous reactive power theory, and carried on the modeling and simulation. It is concluded that the test is one of the most suitable means of harmonic detection results.

Key words：Hybrid active power filter, Instantaneous reactive power,, Simulink

目 录

1 绪论 4

1.1 谐波的定义、产生及危害 4

1.2 谐波的抑制措施 4

1.3 本论文的研究内容 5

2 混合型有源电力滤波器的结构和原理 5

2.1 无源滤波器 5

2.2 有源电力滤波器 7

2.3 并联混合型有源电力滤波器 10

3 谐波电流检测方法 11

3.1 基于频域分析的模拟带通滤波器检测法 11

3.2 基于采样保持原理的谐波电流检测法 11

3.3 基于傅里叶变换的谐波检测方法 11

3.4 基于瞬时无功功率理论的谐波检测方法 12

4 基于MATLAB的谐波电流检测方法的建模仿真 17

4.1 检测法 17

4.2 检测法 20

结 论 24

参 考 文 献 25

致 谢 26

1 绪论

1.1 谐波的定义、产生及危害

关于谐波，国际上通行的谐波定义为“谐波是一个电气周期量的正弦波分量,其频率是基波频率的整数倍”。

谐波产生的根本原因是：当流经负载的电流与所加的电压呈非线性关系时，会形成非正弦电流，从而产生谐波。在日常生活中，电力系统谐波问题已收到广泛关注^[1]，其主要来源有发电质量不高产生的谐波、变压器产生的谐波、用电负荷产生的谐波。

谐波的危害：大规模应用的电力电子设备，产生的谐波对电网造成了严重污染^[2]，其危害日趋严重，主要表现在：

（1）谐波会使电网中的元件产生额外的功率损耗，降低发电、输电及用电的效率；

（2）谐波会使电网中电机、变压器、电容器等设备发热，影响其正常工作；

（3）谐波会导致继电保护装置的拒动或误动，致使电气测量仪表的计量不准确；

（4）谐波会对附近的通信系统产生干扰，降低其通信质量；

（5）谐波会引发电网中局部的串联谐振和并联谐振，导致谐波放大，危及供电安全。

1.2 谐波的抑制措施

目前抑制谐波主要有两种途径，分别是主动型和被动型。主动型是指从电力系统本身出发，研发不产生谐波的设备；被动型则是指在电力系统或谐波负载的交流侧加装无源滤波器、有源电力滤波器或混合型有源电力滤波器，从而达到滤除谐波的效果。

(1) 无源滤波器（Passive Filter—PF）

PF，又称LC滤波器，是利用电感、电容和电阻的组合设计构成的滤波电路，可滤除某一次或多次谐波。谐波补偿装置的传统手段就是使用PF，它具有结构简单、成本低廉、技术成熟等优点，但是具有以下不足之处：只能对特定的谐波进行滤除；滤波特性明显依赖于电网参数；滤波效果容易受到系统参数的影响；补偿效果不是很理想；可能与系统阻抗发生谐振，使谐波放大，进一步影响电网供电质量。

(2) 有源电力滤波器 （Active Power Filter—APF）

APF是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置，它能够对不同大小和频率的谐波进行快速跟踪补偿，之所以称为有源，是相对于无源LC滤波器，只能被动吸收固定频率与大小的谐波而言，APF可以通过采样负载电流并进行各次谐波和无功的分离，控制并主动输出电流的大小、频率和相位，并且快速响应，实现了动态跟踪补偿，而且可以既补谐波又补无功和不平衡。

(3) 混合型有源电力滤波器 （Hybrid Active Power Filter —HAPF）

虽然APF具有良好的补偿性能，但是，由于交流电源的基波电压是直接施加到变流器上的，且滤波电流基本由变流器提供，因此对变流器容量有较高的要求。为克服这一缺陷，可以将APF与PF混合使用，设计构成HAPF。其基本思想是利用PF来分担有源电力滤波器的大部分滤波任务。两者结合同时使用，既可克服APF容量大、成本高的缺点，又可使整个系统获得良好的性能。

1.3 本论文的研究内容

随着现代电力工业的迅猛发展,大量非线性负荷投入电网使用,产生了大量的谐波,电能质量问题引发的安全事故越来越多,这给电网设备带来了极大的安全隐患,从而导致较大的人生事故和经济损失。应运而生的混合型有源电力滤波器,在电网中得到了广泛的应用。

谐波的检测是混合型有源电力滤波器的首要任务,本论文在研究谐波检测方法的基础之上,对基于瞬时无功功率理论的谐波检测方法进行了深入的研究,并在MATLAB中建立了相应的谐波检测仿真模型。

2 混合型有源电力滤波器的结构和原理

2.1 无源滤波器

(1) 无源滤波器的结构

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