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摘 要

随着电力电子技术的发展和应用，各类新型的用电设备不断出现，大大方便了人们的生活，但也带来谐波对电网引起的污染，影响了电力系统的运行效率和可靠性。因此单元电路的谐波治理问题也受到关注。本文重点分析了APF的控制策略，采用滞环比较控制法来控制补偿电流；三电平逆变器具有效率高、低电磁干扰（EMI）开关器件承受电压低和开关损耗小等显著优势能产生多阶梯、低失真的输出波形，将其应用于有源电力滤波器主回路，不仅提高了装置容量，而且提高了谐波补偿效果和系统可靠性。本文运用法的原理来进行谐波检测，在研究有源电力滤波器的谐波及无功电流的检测方法之后，得到了谐波产生的原因及怎样对它进行治理提出方法，给出了APF的实验平台设计方案。

关键词：谐波治理，有源电力滤波器，谐波检测

Abstract: With the development and application of power electronic technology, all kinds of new electrical equipment appear constantly, greatly convenient people"s life, but also brings the harmonic pollution caused by power grid, affecting the operation efficiency and reliability of power system. So the unit circuit of harmonic governance issues also concern. This article also analyses the control strategy of APF, the compensation current hysteresis comparison control method is used to control; With high efficiency, low electromagnetic interference (EMI) under low voltage switch devices and switching loss and small significant advantage is can produce more ladder, low distortion of the output waveform of three level inverter, applied to the active power filter main circuit, not only improves the equipment capacity, and improve the harmonic compensation effect and system reliability. Harmonic detection, this paper works on the principle of the method in the research of active power filter harmonic and reactive current detection method, the cause of harmonic and how to management method is put forward. The experimental platform design scheme of APF is presented.

Key words: the harmonic governance, harmonic detection, active power filter,

目 录

1 引言： 4

2 APF理论基础: 5

3 有源电力滤波器试验平台搭建 5

3.1有源电力滤波器的工作原理： 5

3.2 有源电力滤波器的分类 7

3.3 有源电力滤波器的基本结构 7

3.3.1谐波检测环节 7

3.3.2 控制系统 9

3.3.3 主电路 10

3.4 三相并联型电压型有源电力滤波器的基本原理 11

4 三相并联电压型有源电力滤波器的设计 12

4.1 系统总体结构 12

4.2 主电路设计 14

4.2.1 系统主电路结构 14

4.2.2 IPM保护电路设计 15

4.3 控制系统设计 16

4.3.1滞环电流控制方法 16

5 谐波检测系统 16

5.1 基于FFT的谐波检测方法 16

5.2 基于瞬时无功功率理论的谐波与无功电流检测法 17

5.3 p-q检测法 19

5.4 ip-iq电流检测法 20

6 有源电力滤波器的仿真 22

6.1.1 APF的系统仿真模型 22

6.1.2 非线性负载模型 23

6.1.3 谐波检测模型 23

6.1.4 PWM信号的产生 26

6.2仿真结果 26

结论 29

参考文献 30

致谢 31

1 引言：

近些年电力电子技术蓬勃发展，各种新型的用电设备层出不穷，人们的生活也得到了很多方便，但对电网产生污染的谐波问题也随之而来，影响电力系统的运行效率和可靠性。因此单元电路的谐波治理问题被提出。有源电力滤波器（APF：Active power filter），能够快速跟踪补偿不同大小和频率的谐波,因为它是基于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置。相比较无源LC滤波器，APF可以通过进行各次谐波和无功的分离和采样负载电流来平衡谐波和无功，它能通过快速响应、抵销负载中相应电流来实现动态跟踪补偿，并主动控制输出电流的大小、频率和相位。

电能质量的管理受到全世界的重视。谐波治理也成为解决电能问题的重点。因为现代工业技术的发展，能在一定程度上增加电力系统中非线性的负荷。非线性和时性电子装置的大规模应用也增加了其负面效应。其中导致交流电网中电流波形和电压严重失真的，是大量谐波和次谐波分量由于电力电子装置的开关动作而产生，使得电能质量下降从而对供、用电设备安全经济运行造成了严重的影响。在两个主要方面可以减小谐波影响的技术措施，理论来源是谐波抑制作为提高电能质量和保证供用电设备安全可靠运行的重要手段：其一是滤波装置的运用；其二是减少从谐波源出发来谐波的产生。无源滤波器在处理谐波含量丰富的场合时效果并不理想因为它受到经济、占地面积和滤波器个数的限制，而且只能对特定谐波进行衰减。有源电力滤波器就很好的弥补了这一缺点。在1969年B.M.Bird和J.F.Marsh的论文中有源电力滤波器的思想被提出。有源电力滤波器思想的诞生标志是把三次谐波电流注入交流电源来减少电源中的谐波、改善电源电流的波形。1971年日本研究人员H.Sasaki和T.Machida提出了相应的理论基础。1976年美国西屋电气公司的L.Gyugyi和E.C.Strycula确定了主电路的控制方式和基本拓扑结构，从原理上解释了APF是一种理想的谐波电流发生器，他们的理论来自发明的通过脉冲宽度调制控制的有源电力滤波器。由于研究和实验规模小，直到20世纪80年代，APF才发展起来。随着第一台APF在日本投入运行，通过并联有源滤波器来消除谐波的提出，APF发展有了一定规模。随后两年又有人提出通过并联有源电力滤波器和并联无源滤波器的方法来补偿谐波，以及提出了串联有源电力滤波器加并联无源滤波器的方案，来对基波电流呈现低阻抗而对谐波呈现高阻抗，阻止负载的谐波电流不会流入电网；1994年，H.Akagi等人提出通过串联有源电力滤波器的方法隔离无源滤波器、电源和负载，使得负载中的谐波电流不会在无源滤波器上产生谐波电压。现在不论从运行功率还是实现功能上APF都有明显改善，其应用功能也越来越强大。

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