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摘 要

：随着非线性电力电子器件的大量使用，给电网中注入了大量的谐波，对用电设备造成了严重的危害，治理谐波刻不容缓。混合型有源电力滤波器是有效治理谐波的装置，其控制策略是混合型有源电力滤波器的核心环节之一，对它进行研究有重要的现实意义。

本文以混合型电力滤波器的控制策略为研究对象。重点研究了双闭环控制方法，即电流内环控制和电压外环控制，其中电流内环控制采用了滞环比较控制策略，电压外环控制采用了PI控制策略。

关键词：混合型有源电力滤波器，控制策略，双闭环控制

Abstract：With the extensive use of non-linear power electronic devices, the grid is injected a large number of harmonics and serious harm is caused on the electrical equipments, so governance harmonic delay is needed.Hybrid active power filter is effective governance harmonic device, its control strategy is one of the core areas of hybrid active power filter, its study has important practical significance.

In this paper, it takes the control strategy of hybrid power filter as the subject . Focus on the double-loop control method, the outer voltage control and current loop control, which is controlled by the inner current loop hysteresis control strategy, and voltage loop control using a PI control strategy.

Keywords: Hybrid active power filter, Control strategy, Double closed loop control

目 录

1 绪论 5

1.1 课题背景 5

1.2 谐波的产生及危害 5

1.3 谐波的治理 6

1.4 本文主要研究内容 6

2 无源滤波器与有源电力滤波器论述 7

2.1 无源滤波器 7

2.2 有源电力滤波器 8

2.3 混合型有源电力滤波器 10

3 混合型有源电力滤波器控制策略的研究 15

3.1 电流控制方法 16

3.2 直流侧电压PI控制 19

3.3 本章小结 21

结论 22

参考文献 23

致谢 24

1 绪论

1.1 课题背景

随着现代工业技术的飞跃发展，电气化设备已经深入到每个人的生活当中，随之带来的是电力系统中的电力负荷结构发生了极大的变化，一些非线性负荷如半导体整流器、变频器、电气化铁路的发展给电网注入了大量的谐波，严重影响了公用电网的电能质量。电网中大量的谐波污染严重影响着用电设备的安全，也降低了人们的生活质量。谐波治理问题已经引起了各国的极大关注，因此必须采取一定的措施来抑制谐波，保证公用电网的电能质量。

混合型有源电力滤波器在电网谐波的治理与无功补偿中发挥了不可估量的作用。

1.2 谐波的产生及危害

随着电力电子技术的快速发展，各种电力电子器件被大量的使用。比如利用晶闸管整流和利用变频器进行调速的设备给电力系统中注入大量的谐波电流，使得电网发生畸变，随之而来的便是电网污染，造成电力系统中很多设备的安全正常运行。

谐波的产生：产生谐波的根本原因是当负载有电流流过时，其电流与所加的电压不是线性关系，从而形成了非正弦电流，即谐波电流。电网中的许多电力电子设备、变压器、发电机、电弧炉和荧光灯等都是谐波源。在电力电子器件大规模使用前，电力系统自身也包含大量的产生谐波的非线性元器件，电力电子器件大规模使用后，电力电子装置成为主要的谐波源。

谐波的危害：理想的电网电压应该是单一而固定的频率以及一定的电压幅值，出现谐波对公用电网是一种污染，它使电力系统中其它负荷的用电环境恶化，并且对周围的通信产生干扰，谐波的危害主要表现在以下几个方面^[1]：

(1)由于谐波损耗的存在，使得各用电设备的用电效率降低，同时三次谐波过多易烧毁电路，甚而造成火灾。

(2)谐波会造成电气设备的工作异常。谐波会造成线路绝缘老化、设备过热（例如变压器局部过热）、元器件寿命缩短甚至损坏，电机有噪声，机械振动等一系列问题。

(3)谐波会使公用电网发生局部的串、并联谐振，使谐波变大。

(4)谐波会致使测量仪表的计量误差加大，使继电保护设备和自动设备误动作。

(5)谐波会干扰通讯信号，会降低信号质量，甚而导致信息丢失，使通讯系统工作失常。

1.3 谐波的治理

谐波给电力系统带来了诸多的危害，为保证公用电网的电能质量，防止谐波对电网中的电力设备造成不必要的损坏，除了国家相关部门对电网中允许的谐波畸变范围作出相应的规定外，还必须采取其他的一些措施来抑制谐波。总的来说，抑制谐波的主要措施包括以下两方面：一、升级电力电子设备自身，使其产生及少量乃至不产生谐波，功率因数近似为1；二、添加谐波补偿装置。本课题采用的是谐波补偿装置。

电网的污染必须由产生谐波污染的用户采取相应措施，限制其设备产生的谐波在规定值一下，在谐波源处安装滤波装置防止谐波电流注入电网。滤波装置大的安装原则是在谐波源附近地方将谐波电流吸收，且这种方法适用于各种谐波源。滤波装置主要有三大类：无源滤波器（LC滤波器）、有源电力滤波器（APF）和混合型有源电力滤波器(HAPF)。本文采取混合型有源电力滤波器的方式来补偿谐波。传统法是装有LC调谐滤波器，从而达到旁路谐波的目的。这种方法仍在广泛的使用中，但是因为电网阻抗和运行状态会影响它的补偿特性，很容易在电力系统中发生并联谐振，将谐波进一步放大，甚至使LC因过载而烧毁。混合型电力滤波器克服了传统方法的不足，它先经过检测设备检测出谐波电流，再由它产生一个与该谐波电流相位相反、大小相等的补偿电流，然后把电网中的谐波分量给滤除，让它只含有基波分量。相对于传统法而言，混合型电力滤波器的优点：它不但可以治理单个谐波，而且还可以治理多个谐波，且电网阻抗对其无影响，不易发生串并联谐振，也不会发生过载现象，而且还能够随着电网频率的改变，能够实时有效的进行补偿。而两者结合既克服了有源电力滤波器容量需求较大、投资成本高的缺点，还可使整个系统获得良好的补偿效果。当谐波的频率和大小都变化时，混合型有源电力滤波器依然可以对其进行良好的补偿，动态地抑制谐波，使电力滤波系统的性价比最优化，具有很好的发展前景，因此目前研究混合有源滤波器具有十分重要的意义。

1.4 本文主要研究内容

（1）介绍了谐波产生、危害及其治理。

（2）介绍了各种滤波器的结构及工作原理，并深入讨论了HAPF。

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