内蒙古工业大学
硕士学位论文
基于DSP的并联型有源电力滤波器的研究
姓名：丁海波
申请学位级别：硕士
专业：电力电子与电力传动
指导教师：李含善;任永峰
20060601
摘 要
有源电力滤波器是抑制电网谐波的有效措施之一。并联型有源电力滤波器可较好地补偿电流型谐波源产生的谐波。本文基于瞬时无功功率理论的ip-iq方法, 利用数字信号处理器(Digital Signal Processor — DSP)实现了谐波电流的检测,并对并联型有源电力滤波器的控制方法进行了研究。
本文首先介绍了电能质量控制技术及并联型有源电力滤波器的研究背景，然后分析了并联型有源电力滤波器的系统结构和基本工作原理。在瞬时无功功率理论的基础上研究了该理论的检测方法，对并联型有源电力滤波器的主电路和基于DSP的全数字控制系统的软件和硬件进行了设计，并提出了一种适合在定点DSP上实现的定时比较PWM算法。最后,利用MATLAB提供的电力系统仿真工具箱对并联型有源电力器进行了整个系统的建模和仿真分析。
仿真和实验结果表明,基于DSP的全数字控制系统硬件和软件结构设计合理，它可以实现对谐波电流的实时准确的检测；谐波检测中所采用的基于动态循环缓存的平均值数字低通滤波器,可以满足检测要求并易于实现；并联型有源电力滤波器补偿性能良好，所提出的定时比较PWM的算法简单快速而有效，适合在定点DSP 上使用。
关键词：谐波，并联型有源电力滤波器，瞬时无功功率理论，DSP
内蒙古工业大学科研基金资助项目（ZD200413）
Abstract
As one of the most effective means to eliminate harmonics, Active Power Filter can compensate dynamically power system harmonics. Shunt active power filter (SAPF) is very fit to compensate current source harmonics. The ip-iq harmonics detection method based on the instantaneous reactive power theory is finished, and fully-digital control method of SAPF is studied by means of digital signal processor (DSP).
Firstly the research background of the power quality control and shunt active power filter is introduced, and then the system configuration and basic operation principles are discussed.After that, instantaneous reactive power theory is researched; software and hardware of the fully-digital control system based on DSP are designed and achieved. Besides, a novel implementation algorithm of time compare pulse width modulation is proposed on fixed-point DSP. At last the simulation models are built up by the Simpowersystems toolbox of Matlab.
The result of simulation and test shows that the shunt active power filter can compensate the current harmonics drawn by current type harmonics source; software and hardware structure of the fully-digital control system based on DSP is designed, which can validly detect harmonics from load current; In harmonic detecting a new digital average filter based on dynamic loop cache is adopted, which is prone to complete on fixed-point DSP and can meet detection requirement; with less time consumption and better performance, the detailed control algorithm and performance of time compare pulse width modulation is fit to program on DSP.
Keywords：Harmonics；Shunt active power filter；Instantaneous reactive power theory；DSP
This project is funded by Science Foundation of Inner Mongolia University of Technology (ZD200413)
原 创 性 声 明
本人声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得内蒙古工业大学及其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。
学位论文作者签名： 指导教师签名：
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第一章 绪论
第一章 绪论
当今，电能是一种使用最为广泛的能源，其应用程度是衡量一个国家发展水平的主要标志之一。随着科学技术的发展，人类社会对电能的需求日益增加，同时对电能质量的要求也越来越高。但是由于电力电子装置的广泛应用，使得电网中的谐波含量大量增加，谐波电流和无功电流的大量注入使电网的安全运行和电气设备的正常使用受到严重威胁[1,2]。
有源电力滤波器（Active Power Filter－APF）是一种动态抑制谐波和补偿无功的新型电力电子装置，它能对频率和大小都发生变化的谐波和无功进行补偿。传统的有源电力滤波器主要采用模拟控制，但模拟控制存在电路复杂、控制性能差、易受环境干扰等缺点。近年来，随着高速数字信号处理器DSP的出现及其性价比日益提高，有源电力滤波器的数字控制方案越来越受到重视。因此，本文就基于DSP的并联型有源电力滤波器进行了设计和研究。
1.1 电网的谐波危害及其抑制技术
1.1.1 谐波的概念
电力系统中存在的谐波并不是一个新的问题，早已引起了人们的注意和研究。随着电力电子技术的迅速发展，在现代工业企业和运输部门中，非线性电力负荷在大量的应用，严重地恶化了电力生产环境，谐波已成为污染电力环境的公害，因此引起世界各国的关心和重视。 简单来讲，谐波就是一种频率为基波整数倍的系列正弦波。国际上公认的谐波含义为:“谐波是一个周期电气量的正弦波分量，其频率为基波频率的整倍数”。在国际电工标准和国际大电网会议(CIGRE)的文献中，对谐波都有明确的定义:“谐波分量为周期量的傅里叶级数中大于1的h次分量”。对谐波次数h的定义则为:“以谐波频率和基波频率之比表达的整数”。IEEE标准中定义为:“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倍数” [3,4] 。本论文中所提到的谐波，均指基波频率整数倍数的谐波。
1.1.2 谐波的产生及其危害
目前，在现代工业中，电力系统的波形畸变主要来源于两大因素。一是非线性负载带来的谐波；另一是大量使用的电力电子装置产生的谐波。随着电力电子装
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置在工业、民用中日益广泛的应用，已成为现在世界各国的电力系统谐波的主要来源。
近年来，各种电力电子装置的应用使得公共电网的谐波污染日趋严重，由谐波引起的各种故障和事故也不断发生，谐波危害的严重性才引起人们高度的关注。谐波对公共电网和其它系统的危害[5]大致有以下几个方面:
1) 谐波使电网损耗增加。
谐波使公共电网中的元件产生了附加的谐波损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率，大量的3次谐波流过中性线时会使线路过热甚至发生火灾。
2) 谐波使电能利用率下降。
谐波的存在使得电网中无功功率增加，导致电流增大和视在功率增加，这些无功功率将在能量循环中产生无谓的损耗，从而使发电机、变压器及其它电气设备容量和导线容量增加。
3) 谐波使电网的可靠性下降。
在电力系统中为了补偿负载的无功功率，提高功率因数，常在负载处装设并联电容器。此外，为了滤除谐波，也会装设由电容器和电抗器组成的滤波器。在工频下，这些电容器的容抗比系统的感抗大得多，不会产生谐振。但对谐波频率而言，系统感抗大大增加而容抗大大减小，就可能产生并联谐振或串联谐振。这种谐振会使谐波电流放大几倍甚至数十倍，会对系统，特别对电容器和与之串联的电抗器形成很大的威胁，甚至引起严重事故。
4) 谐波对电网上电气设备的干扰。
谐波会影响各种电气设备的正常工作。谐波电流产生的脉动转矩会引起电机的机械振动和噪声，这些将缩短电机的寿命，情况严重时甚至会损坏电机。电力系统中的谐波会改变保护继电器的性能，引起误动作或拒绝动作。
5) 谐波对计算机通信系统、自动控制设备的干扰。
谐波干扰会引起通信系统的噪声，降低通话的清晰度，干扰严重时会引起信号的丢失。谐波还会引起自动控制系统的误动作，干扰计算机的正常运行。
1.1.3 谐波治理的主要手段
由上述可知谐波危害十分严重，解决电力电子装置和其它谐波源的谐波污染问题，基本有两个方向的思路：一是对电力电子装置本身进行改造，如采用多重化技术、PWM整流技术以及功率因数校正技术等，这当然只适用于作为主要谐波源
第一章 绪论
的电力电子装置；另一条是装设谐波补偿装置来补偿谐波，这对各种谐波源都是适用的[1,5]。谐波补偿装置可分为无源滤波器和有源电力滤波器。
1、无源滤波器。针对谐波问题，传统方法是采用LC滤波器。它是由电容器、电抗器和电阻器适当组合而成的滤波装置，与谐波源并联，起旁路滤波的作用。LC滤波器具有结构简单、设备投资少、运行费用较低等优点。但这种方法有如下不足：它的补偿特性易受电网阻抗和运行状态的影响，易和系统发生并联谐振，导致谐波放大，使LC滤波器过载甚至烧毁。此外，LC滤波器只能补偿固定频率的谐波，影响补偿效果。
2、有源电力滤波器。目前，谐波抑制的一个重要趋势是采用有源电力滤波器。有源电力滤波器是一种电力电子装置，这种滤波器能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，且补偿特性不受电网阻抗的影响，既可以对一个谐波和无功源单独补偿，也可以对多个谐波源集中补偿，因而受到广泛的重视。
1.2 有源电力滤波器技术
1.2.1 有源电力滤波器技术的历史及研究现状
早在70年代，有源电力滤波器的基本原理和主电路的拓扑结构就被确定。但由于受当时的技术条件限制，有源电力滤波器的研制一直处于试验研究阶段。80年代以后，由于新型电力电子器件的出现、PWM控制技术的发展以及日本学者H.Akagi提出的瞬时无功功率理论，有源电力滤波器技术的发展出现了突破。随着微处理器、微控制器和DSP(数字信号处理器)的使用，使得有源电力滤波器在实现复杂逻辑控制功能的同时又能保持合理的价位。这些复杂逻辑控制功能的实现提高了有源电力滤波器的动态性能和稳定性能。
有源电力滤波器在日本、美国、德国等工业发达国家已得到了高度重视和日益广泛的应用。目前，世界上有源电力滤波器的主要生产厂家有日本的三菱电机公司、美国的西屋电气公司、德国的西门子公司等。我国在有源电力滤波器方面的研究起步较晚，近几年进行这方面研究的单位逐渐增加，主要集中在一些高等院校和少数研究机构。从发表的文章看，以理论研究和实验为主，这些研究有的已达到或接近国际先进水平。
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1.2.2 有源电力滤波器的分类
有源电力滤波器首先可分为交流和直流两大类。就目前的应用和研究情况来看，大多数有源电力滤波器是交流的。交流有源电力滤波器可以按照所使用的变流器类型、主电路结构和电源相数进行分类。按所使用的变流器类型可分为CSC （电流型）和VSC（电压型）结构；按与负载连接的拓扑结构可分为并联型、串联型和统一电能质量调节器三种；根据使用的场合电源相数可分为单相、三相三线和三相四线制有源电力滤波器等。
有源电力滤波器的主电路有两种类型的变流器。即电流型PWM变流器和电压型PWM变流器。它的作用是产生非正弦电流来补偿非线性负载的谐波电流。电流型有源电力滤波器虽然有较高的可靠性，但却有较高的损耗。并且，在交流侧需要连接数值较大的电感，在一般场合下使用的较少。电压型有源电力滤波器的主电路在它的直流侧接有一容量较大的电容，装置轻便且特性较好，目前主要使用的均为这种形式。
图1.1 有源电力滤波器分类示意图
1.3 研究并联型有源电力滤波器的现实意义
电力电子技术的快速发展给人们的生产与生活带来巨大的变化，但是同时给电网带来严重污染，影响了供电质量。电力系统中的非线性负载种类繁多，所产生的电能质量问题不尽相同，而不同类型的有源电力滤波器对不同类型非线性负载的补偿特性也不相同。
第一章 绪论
并联型有源电力滤波器等效为受控电流源，它能够快速跟踪负载谐波电流的变化，而这种特性是由指令电流来控制的。当今，大型整流设备、冶金工业和电力机车等大型的谐波源都是典型的非线性负载。它们在运行时给电网注入了大量的谐波。而这些大型的谐波源一般都采用大电感滤波的电流源谐波负载，适合用并联型有源电力滤波器进行补偿。因此，研究并联型有源电力滤波器有着重要的现实意义。
1.4 有源电力滤波器的控制系统数字化趋势
传统的有源电力滤波器采用的是模拟控制系统，模拟控制不仅电路复杂成本高且控制性能也不佳。为了改善有源电力滤波器的控制性能，有人开始使用单片机对有源电力滤波器进行控制。单片机的应用使有源电力滤波器向数字化迈进了一步，但由于受单片机运算速度限制，计算精度和控制的实时性都受到了很大影响。
高速DSP（数字信号处理器）的出现使采用数字方法实时计算谐波和无功电流成为现实。非线性负载的电流送入A/D，转换后的信号送入DSP进行处理，得出指令电流信号。接下来的步骤在具体实现上有两大趋势:一种是模拟方法，将DSP计算出的指令电流通过D/A送给外部的电流跟踪控制电路，由电流跟踪控制电路来产生开关PWM信号;另一种是在DSP中实现数字控制算法，通过I/O口或PWM口直接发出开关控制信号。谐波和无功电流的计算由软件的方法实现，这就很好地解决了模拟方法由于元件老化和温漂等因素带来的问题，抗干扰能力也大大增强。DSP芯片的运算能力十分强大，便于实现先进的控制策略、复杂的算法。而且，实现不同的控制算法只需更改软件，这就使得系统变得更加简单和经济。
1.5 基于DSP控制的并联型有源电力滤波器
随着高速DSP的应用越来越广泛，采用DSP来控制有源电力滤波器逐渐成为一种趋势[6]。特别是有的厂家推出了针对电力电子控制应用系列的DSP，可以利用其提供的硬件资源方便的开发出软件，缩短开发周期。
采用DSP来控制有源电力滤波器，主要具有以下优点:
(1)实时性好，运算速度快。由于通常的DSP都具有20MIPS以上的指令执行
速度，用来计算谐波和无功指令电流延迟很小，同时可以在较短的时间内实现复杂的控制算法。而且在计算过程中用到数字低通滤波， DSP可以快
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速方便的实现。
(2)编程方便。DSP系统的可编程芯片可使设计人员在开发过程中灵活方便地
对软件进行修改和升级。同时当前主流的DSP厂家都有相应的软件开发平台，有的已经支持高级语言C语言来进行程序的编写。
(3)稳定性及可重复性好。DSP系统以数字信号处理为基础，受环境温度及噪
声的影响较小，可靠性高，便于测试、调试和大规模生产。
10?的精度。
(4)精度高。16位的数字系统可以达到5
(5)集成方便。DSP系统中的数字部件是标准化器件，便于大规模集成。 1.6 本文的主要内容及研究方法
本文的主要研究内容：
1. 研究分析有源电力滤波器的原理、谐波电流检测算法、控制策略等，设计并联
型有源电力滤波器的主电路的参数，并进行仿真分析。
2. 对有源电力滤波器全数字化控制系统的总体方案进行设计，以一片DSP芯片实
现所有的控制环节，这样不仅能提高系统的集成度，降低成本，还能提高控制系统的性能。
3. 进行基于数字信号处理器（DSP）通用芯片 TMS320LF2407A 的中央处理器
（CPU）有源电力滤波器谐波和无功电流检测电路的系统设计，设计电流跟踪PWM控制算法，并且进行包括信号输入、数模转换及数据处理的硬件电路设计和调试。
4. 进行系统软件设计和调试。通过设计的实验检验谐波检测算法的正确性。
第二章 并联型有源电力滤波器基本问题的研究
第二章 并联型有源电力滤波器的基本问题研究
2.1 并联型有源电力滤波器的工作原理
并联型有源电力滤波器系统由两大部分组成，即指令电流运算电路和补偿电流发生电路（由电流跟踪控制电路、驱动电路和主电路三个部分构成）。其中，指令电流运算电路的核心是检测出谐波和无功等电流分量，因此有时也称之为谐波和无功电流检测电路。
图2.1 并联型有源电力滤波器系统构成 基本工作原理是检测补偿对象（即图 2.1中非线性负载）的电压与电流，经指令电流运算电路计算得出补偿电流的指令信号，该信号经补偿电流发生电路放大，得出补偿电流。补偿电流与负载电流中要补偿的谐波及无功电流相抵消，得到期望的电源电流。当只补偿负载产生的谐波时，可使补偿电流与负载电流的谐波分量大小相等、极性相反，两者相抵，流入电源的电流即等于负载电流的基波分量，成为正弦波[5]。
上述原理可用如下的一组公式描述：
c L s i i i += （2－1）
Lh Lf L i i i += （2－2）
Lh c i i ?= （2－3）
c L s i i i +=Lf i = （2－4）
式中： s i —电源电流；L i —负载电流；c i —补偿电流；Lh i —负载电流的谐
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波分量；Lf i —负载电流的基波分量。
2.2 三相电路谐波电流实时检测方法的现状
目前，常用的谐波电流检测方法有以下几种。用模拟滤波器检测谐波；基于日本学者H.Akagi 的瞬时无功功率理论的谐波检测方法[5,7,8]；基于傅立叶变换的谐波检测方法[9]；基于自适应干扰抵消原理的自适应闭环检测方法[10,11]；基于小波变换[12]的检测方法和基于神经网络[13,14]的检测方法等。目前在实用的有源电力滤波器中，基于瞬时无功功率理论的谐波检测方法应用最多。
2.3 三相电路瞬时无功功率理论
为了准确地补偿谐波，需要实时计算检测信号中的谐波成份。本文采用的谐波信号检测算法是基于瞬时无功功率理论的算法[5]。三相电路的瞬时无功功率理论首先于1983年由赤木泰文提出，此后该理论经不断研究逐渐完善。赤木泰文最初提出的理论亦称q p ?理论，是以瞬时有功功率p 和瞬时无功功率q 的定义为基础的。在瞬时有功电流p i 和瞬时无功电流q i 为基础的理论体系中，设三相电路各相电压和电流的瞬时值分别为a e 、b e 、c e 和a i 、b i 、c i ，为分析问题方便，把它们变换到两相正交的坐标系中研究。由下面的变换可以得到α、β两相瞬时电压αe 、βe 和α、β两相瞬时电流αi 、βi 。
????
??????=??????c b a e e e C e e 32βα (2-5)
????
??????=??????c b a i i i C i i 32βα (2-6) 式中， ?????????
????=23212321013232C (2-7) 在图 2.2所示的βα?平面上，矢量αe 、βe 和αi 、βi 。分别可以合成为（旋转）电压矢量e 和电流矢量i :
e e e e e ?βα∠=+=& (2-8)
第二章 并联型有源电力滤波器基本问题的研究
i i i i i ?βα∠=+=& (2-9)
式中，e
&、i &为矢量e 、i 的模。e ?、i ?分别为矢量e 、i 的幅角。 三相电路瞬时有功电流p i 和瞬时无功电流q i 分别为矢量i 在矢量e 及其法线上的投影。即
?cos ?=i i p (2-10)
?sin ?=i i q (2-11)
式中，i e ????=。 i q ?i ?e
?
αi p i αq i βq i αi
i αp i βp i βe
e αe β
β
图2.2 坐标系中的电压电流矢量
三相电路瞬时有功功率p （瞬时无功功率q ）为电压矢量e 的模和三相电路瞬时有功电流p i （三相电路瞬时无功电流q i ）的乘积。即
p i e p ?= (2-12)
q i e q ?= (2-13)
把式(2-10)、(2-11)及i e ????=代入式(2-12)、(2-13)中，并写成矩阵形式得出
??
????=?????????????=??????βαβααββαi i C i i e e e e q p pq (2-14) 式中，??
?????=αββαe e e e C pq 把式(2-6)、(2-7)代入上式可得出p 、q 对于三相电压、电流的表达式
c c b b a a i e i e i e p ++= (2-15)
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c b a b a c a c b i e e i e e i e e q ?+?+?= (2-16)
从式(2-16)可以看出，三相电路瞬时有功功率就是三相电路的瞬时功率。 α、β相的瞬时有功电流p i α、p i β（瞬时无功电流q i α、q i β）分别为三相电路瞬时有功电流p i （瞬时无功电流q i ）在α、β轴上的投影，即
p e e e i e e i i p e p p 22cos β
αααα?+=== (2-17a) p e e e i e e i i p e p p 22sin βαβ
ββ?+=== (2-17b)
q e e e i e e i i q e q q 22sin βαβ
β
α?+=== (2-17c)
q e e e i e e i i q e q q 22cos β
αααβ?+?=?=
?= (2-17d) 由式（2-17）可以得出： 222p p p i i i =+βα (2-18a)
222q q q i i i =+βα (2-18b)
αααi i i q p =+ (2-19a)
βββi i i q p =+ (2-19b)
α、β相的瞬时有功功率αp 、βp （瞬时无功功率αq 、βq ）分别为该相瞬时电压和瞬时有功电流（瞬时无功电流）的乘积，即
p e e e i e p p a 222β
αααα+== (2-20a) p e e e i e p p 222βαβ
βββ+== (2-20b)
第二章 并联型有源电力滤波器基本问题的研究 q e e e e i e q q a 22β
αβ
ααα+== (2-20c) q e e e e i e q q 22βαβ
αβββ+?=
= (2-20d)
由式（2-20）可以得出： p p p =+βα (2-21)
0=+βαq q (2-22)
三相电路各相的瞬时有功电流ap i 、bp i 、cp i （瞬时无功电流aq i 、bq i 、cq i ）是α、β两相的瞬时有功电流p i α、p i β（瞬时无功电流q i α、q i β）通过两相到三相变换所得到的结果。即
????????=????
??????p p cp bp ap i i C i i i βα23 (2-23) ????????=????
??????q q cq bq aq i i C i i i βα23 (2-24) 式中，T C C 32
23= 将式（2-17）代入式（2-23）、（2-24）中得：
A p e i a
ap 3= (2-25a) A p e i b bp 3= (2-25b) A p e i c cp 3= (2-25c) A q e e i c b aq )(3?= (2-26a) A q e e i a c bq )(3?= (2-26b) A q e e i b a cq )(3?= (2-26c) 式中，)(2)()()(222222a c c b b a c b a a c c b b a e e e e e e e e e e e e e e e A ???++=?????=
则由式（2-25）、（2-26）得：
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0=++cp bp ap i i i (2-27a)
0=++cq bq aq i i i (2-27b)
a aq ap i i i =+ (2-28a)
b bq bp i i i =+ (2-28b)
c cq cp i i i =+ (2-29c)
a 、
b 、
c 各相的瞬时有功功率a p 、b p 、c p （瞬时无功功率a q 、b q 、c q ）分别为相应的瞬时电压和瞬时有功电流（瞬时无功电流）的乘积，即
A p e i e p a
ap a a 23== (2-30a) A p e i e p b bp
b b 23== (2-30b) A p e i e p
c cp
c c 23== (2-30c) A p e e e i e q c b a aq
a a )(3?== (2-31a) A p e e e i e q a c
b bq
b b )(3?== (2-31b) A
p e e e i e q b a c cq
c c )(3?== (2-31c) 由式(2-30)、(2-31)可知： p p p p c b a =++ (2-32)
0=++c b a q q q (2-33)
传统理论中的有功功率、无功功率都是在平均值或向量的意义上定义的，它只适用于电压、电流均为正弦波时的情况。而瞬时无功功率理论中的概念，都是在瞬时值的基础上定义的，它不仅适用于正弦波，也适用于非正弦波和任何过渡的情况。从以上所论述的内容可以看出，瞬时无功功率理论中的概念，在形式上和传统理论非常相似，可以看出这是传统理论的推广和延伸。
2.4 并联型有源电力滤波器的谐波检测方法
并联型有源电力滤波器以三相电路瞬时无功功率理论为基础，计算p （有功功率）、q （无功功率）或p i （有功电流）、q i （无功电流）为出发点即可以得出三相电路谐波和无功电流检测的两种方法，分别称为q p ?运算方式，q p i i ?方式
[5]。使用q p ?运算方式受电压畸变和三相电压不平衡的影响，检测的误差较大；
第二章 并联型有源电力滤波器基本问题的研究
q p i i ?方式采用与a 相电压同步的正余弦信号来代替q p ?运算方式中的电压信号，这样，在三相三线制系统中，运用q p i i ?运算方式只需同步采样两相电流信号即可算出三相的谐波电流。将谐波和无功分量反极性后即可作为补偿电流的指令信号。指令电流运算电路原理如图 2.3所示。图中a i 、b i 、c i 为负载电流的瞬时值，a e 为电源a 相电压，LPF 为低通滤波器。
ah i bh i ch
i 图2.3 指令电流运算电路原理框图
其中，
???????????????=
??????βα232302121132i i ??????????c b a i i i ＝32C ????
??????c b a i i i (2-34) ??????q p i i ＝C ??
????βαi i (2-35)
式中，
??
???????==?t t t t C C ωωωωsin cos cos sin 1 (2-36) 正弦信号t sin ω和余弦信号t cos ω可通过查事先存入内存中的正余弦表得到，根据式（2-34）和（2-35）计算出p i 、q i ，经低通滤波器LPF 滤波后得出直流分量p i 和q i ，将p i 和q i 反变换可得到负载电流的基波正序分量。用负载电流减去其基
波分量就可得到负载电流中的谐波分量，该谐波分量反极性后即作为补偿电流的指令电流信号。
即
af a ah i i i ?= (2-37a)
bf b bh i i i ?= (2-37b)
cf c ch i i i ?= (2-37c)
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2.5 并联型有源电力滤波器对不同类型谐波源的补偿特性
电网的谐波污染日益严重，有源电力滤波器因其具有良好的谐波补偿效果而逐渐引起人们的重视。不同类型的APF 对同一谐波源的补偿特性不同。产生谐波的谐波源/非线性负载又可分为电流型和电压型，他们注入电网的谐波性质也不一样。并联型有源电力滤波器对这两种类型的谐波源补偿的特性也不一样[15,16]
。
含有整流电路的电力电子装置在电网中是典型的谐波源。由于整流电路直流侧可以采用电容或电感滤波，而且滤波电容、电感的大小也不一样。因此，它们注入电网的谐波特性也有差异。
直流侧含有大电感滤波的整流电路，如果滤波电感足够大，其直流侧电流保持恒定，具有电流源的特性，它注入电网的谐波电流只由直流侧电流的大小和各半导体器件的切换方式所决定，几乎与交流电压无关，因此，此类负载可以看成是一个理想谐波电流源。当滤波电感不是足够大时，直流侧电流有波动，这时，它注入电网的谐波就不能看成是一个理想的电流源，但仍可将其等效成一个谐波电流源，即一个理想的电流源与一个阻抗p Z 并联，如图2.4(a)所示。滤波电感越小，等效阻抗越小，滤波电感越大，等效阻抗也越大。因此，直流侧含有大电感滤波的整流电路属于电流型谐波源。
与电感对应，对于直流侧含有电容滤波的整流电路，因其直流侧电压近似为恒值，并通过各半导体开关器件的切换加到交流侧，因此，此类负载产生的谐波电压是由负载本身的特性决定，基本上与电网的参数无关，有类似电压源的性质，可以用一个理想谐波电压源与一个阻抗ls Z 串联来等效，如图2.4(b)所示。滤波电容越大，等效阻抗就ls Z 越小，谐波源特性就越接近理想谐波电压源。当滤波电容足够大时，则可以看成是理想的谐波电压源。因此，直流侧含有大电容滤波的整流电路，本质上属于电压型谐波源。 Z
p
+Z Ls Lh
u - (a) 电流型谐波源 (b) 电压型谐波源
图2.4 整流电路的谐波源模型
第二章 并联型有源电力滤波器基本问题的研究
2.5.1 补偿电流型谐波源
并联型有源电力滤波器补偿两种谐波源时的单相等效电路如图 2.5的1图所示。
z lp z
z ls
1)电流型谐波源2)电压型谐波源
图2.5 并联型有源电力滤波器补偿两种谐波源时的单相等效电路
图中，ch i 表示并联型有源电力滤波器输出的补偿电流。则n 次谐波电流为
)Z Z 1()I I Z U (I lpn xn chn lpn lpn shn shn +?+= (2-38)
当0u shn =时，即电网电压无畸变时，只要lpn chn i i =，则0i shn =。从此可以看出，不论负载是否为理想的谐波电流源，并联型有源电力滤波器均能补偿。所以，并联型有源电力滤波器适合补偿电流型谐波源。
2.5.2 补偿电压型谐波源
并联型有源电力滤波器补偿两种谐波源时的单相等效电路如图2.5的2图所示。当0u shn =时，即电网电压无畸变时，只要对于n 次谐波,使并联型有源电力滤波器产生的补偿电流为
lsn lsn chn Z U I ?= (2-39)
就能使电源电流0i shn =。因此理论上讲，如果按上式形成其补偿电流指令，并联型APF 能补偿电压型谐波源，从而使它注入到电网的谐波电流为零。但是，一般直流侧含有电容滤波的整流电路，虽然不能等效成理想的谐波电压源，但仍然可以看成内阻很小的谐波电压源。因此，补偿此类负载时，并联型APF 需要产生的很大补偿电流。要使补偿效果好，则要求提高并联型APF 产生谐波电流的能力，使之能产生需要的补偿电流，否则，补偿效果不好。当滤波电容足够大时，负载可以看成是理想谐波电压源，其内阻接近零，这时，需要产生无穷大的补偿电流，这是不可能达到的。综合这些因素，并联型APF 不适合补偿直流侧电容滤波的整流电路—电压型谐波源。
内蒙古工业大学硕士学位论文
2.6 有源电力滤波器的数字控制方法
以PWM的产生方法区分，有源电力滤波器控制方法有:滞环控制、三角波控制、空间电压矢量控制、无差拍控制、滑模变结构控制等[42,48]。其中滞环控制、三角波控制和空间矢量控制最常用[5,6,17]，下面对它们做简要介绍。
2.6.1 滞环控制
通常由单片机或DSP计算出有源电力滤波器的补偿指令电流，然后将指令电流通过D/A送给外部三角波比较PWM产生电路。其原理为:工作时，把补偿电流指令信号和有源电力滤波器实际产生的补偿电流信号进行比较，当实际电流与指令电流的误差超过滞环时，输出一组PWM信号，控制开关器件的通断，使得误差向相反方向变化。这样误差的范围被限定在正负滞环内。该方法具有硬件电路简单、动态响应快、不需要载波等特点。同时，若滞环的宽度固定，则电流的跟踪误差是固定的。
2.6.2 三角波控制
通常由单片机或DSP计算出有源电力滤波器的补偿指令电流后，一种方法是将指令电流通过D/A送给外部三角波比较PWM产生电路;另一种方法是将主电路实际反馈电流经A/D转换后也送入数字器件内部，利用数字器件内部的定时器产生三角波，采用规则采样技术产生PWM脉冲。其原理为:实际反馈的电流与指令电流的误差经过PI调节后与三角波相减，相减后的值过零时开关进行切换，使得误差向相反方向变化。误差范围虽然没有明确限定，但合理选择PI参数可以使得实际反馈的电流与指令电流的跟踪误差比较小，而且PWM脉冲的频率与三角波频率一致，器件的开关频率是恒定的。
2.6.3 空间矢量控制
这种方法只适用于三相有源电力滤波器，通常由单片机或DSP计算出有源电力滤波器的补偿指令电流后，将主电路实际反馈电流经A/D转换后也送入数字器件内部，根据二者的误差按照一定的算法求出能够减少误差的最优空间矢量。然后，一种方法是将此最优的空间矢量送给外部的PWM产生电路，由外部的PWM电路产生对应的三相PWM信号;另一种方法是利用数字器件内部的空间矢量发生器产
有源电力滤波器的研究热点和发展 1、引言 近年来，随着电力电子技术的广泛应用，电能得到了更加充分的利用。但电力电子装置自身所具有的非线性也使得电网的电压和电流发生畸变，这些高度非线性设备数量和额定容量的日益增大使得电力系统谐波污染问题日益严重，已成为了影响电能质量的公害，对电力系统的安全、经济运行造成极大的影响；而另一方面供电方及其电力系统设备、用户及其用电器对电能质量的要求越来越高，这一矛盾使得人们对谐波污染问题越来越重视。据《中国电力》报道，我国仅由电能质量问题造成的年电能损失就高达400多亿元，冶金、铁路、矿山等企业的谐波严重超标，因谐波问题导致的开关跳闸、大面积停电甚至电力系统解列等事故也屡见不鲜，因此对电力系统的谐波污染进行综合治理已成为摆在科技工作者面前的一个具有重要现实意义的研究课题。而有源电力滤波器 由于具有高度可控性和快速响应性，能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，因而受到广泛的重视，成为目前国内外供电系统谐波抑制研究的热点。 2、谐波治理的措施 目前，在电力系统中抑制或减少谐波主要从两个方面进行：第一方面是从产生谐波的谐波源装置本身入手。在这些装置设计时就考虑减小谐波的方法，增加谐波抑制环节，已减少电网的谐波注入量，在谐波源本身采取一些措施能大大减小电网谐波。但由于现代电力系统的复杂性以及电力半导体装置开关工作方式，不可能完全消除电网谐波。所以，谐波治理的第二个重要方面就是研究对系统中的谐波进行有效滤波和补偿的方法和措施。下面分别简要介绍这两方面工作的现状和发展。 2.1治理谐波源 近年来，随着几种电力电子装置的大量应用，可控和不可控整流器在电力系统中的应用越来越普遍。这类型整流器在带大电感 (rl)负载时电流近似为方波。带大电容(rc)负载时电流为尖脉冲，使电力系统中的电流严重畸变，成为目前电力系统中主要谐波源，也是目前治理的重点。针对这一类整流器减少谐波、提高功率因数的方法和措施，概括起来主要有以下几种： （1）多相整 脉宽调制pwmpulsewidthmodulation）整流技术; 2.2谐波滤波与补偿 采用主动治理谐波源的方式，可有效限制谐波的产生，但由于谐波源的多样性，要完全
有源电力滤波器的应用 所在学院：信息科学与工程学院 专业班级： 学生姓名： 学生学号： 指导教师：
有源电力滤波器的应用 上学期我们学习了《电力电子技术》这门课，通过这门课的学习我了解到：以非线性负载为主产生的谐波会对电力系统形成很大的危害，而传统的电力电子装置本身就是产生谐波的主要污染源。要想抑制电力电子装置和其它谐波源造成的电力系统谐波，基本思路有两条：一是装设补偿装置，设法补偿其产生的谐波；而是对电力电子装置本身进行改进，使其不产生谐波，同时也不消耗无功功率，或者根据需要能对其功率因数进行控制，即采用高功率因数变流器。 装设LC 调谐滤波器是传统的补偿谐波的主要手段。LC 调谐滤波器虽然存在很多缺陷，但其结构简单，既可补偿谐波，又可补偿无功，一直被广泛应用与电力系统中谐波和无功功率补偿。目前的趋势是采用先进的电力电子装置进行谐波补偿，这就是有源电力滤波器（APF ）。与LC 无源滤波器相比，有源滤波器具有明显的优越性能，能对变化的谐波进行迅速的动态跟踪补偿，而且补偿特性不受电网频率和阻抗的影响。有源电力滤波器的变流电路可以分为电压型和电流型。从与补偿对象的连接方式看，有源电力滤波器又可分为并联型和串联型。电压型和并联型在实际中应用较广。 本学期做了一个谐波的产生和抑制的实验，其中谐波是由三相桥式整流电路这一非线性负载产生的，在实验中采用了两种抑制谐波的方法，一种是并联无功补偿电容器和LC 滤波器，另一种是并联一个有源电力滤波器。目标是经过这两次滤波，使谐波电流的畸变率降到5%左右。 有源电力滤波器基本原理如下图1所示。设负载电流为l i ，谐波检测器从负载电流中检测出谐波电流h i ，令指令电流*c h i i =-，补偿电流控制算法控制逆变 器产生补偿电流*c c i i =，注入母线，抵消负载电流中的谐波，达到抑制谐波电流流向电源的目的。系统由四个主要部分组成有源滤波主电路、外围驱动板、谐波检测器 、DSP 器件。
1 引言 近年来，公用电网受到谐波电流和谐波电压的严重污染，而电力电子装置是其主要的谐波污染源。随着电力电子装置的日益广泛应用，电网中的谐波污染也日益严重，谐波污染影响到供电质量和用户使用的安全性，因此电网谐波污染的治理越来越受到关注。 滤波器在本质上是一种频率选择电路，通常用幅频响应和相位响应来表征一个滤波电路的特性。理想滤波电路在通带内应具有零衰减的幅频响应和线性的相位响应，而在阻带内应具有无限大的幅度衰减。按照通带和阻带的相互位置不同，滤波器可分为低通、高通、带通、带阻、全通5类。有源滤波器采用有源器件需要使用电源，加上功耗较大且集成运放的带宽有限，因此目前有源滤波电路的工作频率难以做得很高，一般不能用于高频场合。但总的来讲有源滤波器在低频(低于1MHz)场合中使用有较无源滤波器更优的性能，因而目前在音频处理、工业测控等领域广泛应用。有源电力滤波器是一种用于动态抑制谐波、补偿无功功率的新型电力电子装置，能对大小和频率都变化的谐波及无功功率进行补偿。和传统的无源滤波器相比，有以下几点突出的优点： (1)对各次谐波和分数谐波均能有效地抑制，且可提高功率因数； (2)系统阻抗和频率发生波动时，不会影响补偿效果。并能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，且补偿特性不受电网阻抗的影响； (3)不会产生谐振现象，且能抑制由于外电路的谐振产生的谐波电流的变化； (4)用一台装置就可以实现对各次谐波和基波无功功率的补偿； (5)不存在过载问题，即当系统中谐波较大时，装置仍可运行，无需断开。 由以上可看出，它克服了传统的无源滤波器的缺点，具有良好的调节性能，因而有很大的发展前途。
有源电力滤波器 有源电力滤波器（APF：Active power filter）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，抵销负载中相应电流，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。 中文名有源电力滤波器 所属学科物理 外文名 Active power 所属领域电学 filter 英文简称 APF 种类 并联型和串联型
目录 1、概述 2、理论基础 3、工作原理 4、标准 5、三电平 ?技术优势 ?滤波器 ?基本应用 ?主要应用场合 ?其他 ?优势 6、性能说明 7、配件选型 1、概述 三相电路瞬时无功功率理论是APF发展的主要APF；APF有并联型和串联型两种，前者用的多；并联有源滤波器主要是治理电流谐波，串联有源滤波器主要是治理电压谐波等引起的问题。 2、理论基础 有源滤波器同无源滤波器比较，治理效果好，主要可以同时滤除多次及高次谐波，不会引起谐振，但是价位相对高！实际应用安全系数很低，国际普遍做法是以变压器升压，来保证可靠性，国家相关部
门也要求以变压器升压的形式和有源滤波器结合，治理高压谐波！ 3、工作原理 Satons有源电力滤波器通过电流互感器检测负载电流，并通过内部DSP计算，提取出负载电流中的 谐波成分，然后通过PWM信号发送给内部IGBT,控制逆变器产生一个和负载谐波电流大小相等，方向相反的谐波电流注入到电网中，达到滤波的目的。 指令电流检测电路的功能主要是从负载电流中分离出谐波电流分量和基波无功电流，然后将其反极性作用后发生补偿电流的指令信号。电流跟踪控制电路的功能是根据主电路产生的补偿电流，计算出主电路各开关器件的触发脉冲，此脉冲经驱动电路后作用于主电路。 这样电源电流中只含有基波的有功分量，从而达到消除谐波与进行无功补偿的目的。根据同样的原理，电力有源滤波器还能对不对称三相电路的负序电流分量进行补偿。 有源电力滤波器的主电路一般由PWM逆变器构成。根据逆变器直流侧储能元件的不同，可分为电压型有源滤波器(储能元件为电容)和电流型有源滤波器(储能元件为电感)。电压型有源滤波器在工作时需对直流侧电容电压控制，使直流侧电压维持不变，因而逆变器交流
有源电力滤波器的发展历史和研究现状概述 1969 年，Bird 和Marsh 等人提出通过向电网注入三次谐波电流来减少电流中 的谐波成分，从而改善电流波形的思想，这就是有源电力滤波技术的萌芽 [11]。 1971 年，日本的H.Sasaki 和T.Machida 提出有源电力滤波器技术，首次完整地描述了有源电力滤波器的基本原理：通过产生与负载谐波和无功电流大小相 等方向相反的补偿电流，来抵消负载谐波和无功电流，从而达到净化电网的目 的。但是由于当时电力电子技术的发展水平不高，全控型器件功率小、频率 低，采用线性放大器产生补偿电流， 损耗大、成本高，因而有源电力滤波器仅局限于实验研究，未能在工业中应 用。 1976 年，L.Gyugyi 等人提出用大功率晶体管构成PWM 逆变器控制APF 来抑制谐波，引起了普遍关注，确立了有源电力滤波器的主电路的基本拓扑结构和控 制方法，从原理上阐明了有源电力滤波器是一个理想的电流发生器，并讨论了 实现方法和相应的控制原理，奠定了有源电力滤波器的基础。 80 年代以来，随着大中功率全控型半导体器件的成熟和脉宽调制(Pulse Width Modulation PWM)控制技术的进步，对有源电力滤波器的研究逐渐活跃起来。这 一时期的一个重大突破是，1983 年H.Akagi 等人提出了“三相电路瞬时无功 功率理论”[12]，以该理论为基础的谐波和无功电流检测方法在有源电力滤波 器中得到了成功的应用，极大地促进了有源电力滤波器的发展。 随着电力电子技术的发展，特别是高功率大电流的半导体器件及可关断晶闸管(GTO)的发展以及瞬时无功功率理论提出的发展，国内外对谐波问题的研究也不 断有新的进展，近年来，国际上有关有害电流检测和抑制技术的研究更是十分 活跃，每年都有量的论文发表。这一方面说明了这一研究的重要性，另一方面 也预示着这一领域的研究有望取得重大突破。 国外对有源电力滤波装置的开发研究工作始于20 世纪90 年代初期，到现在已进入实用化阶段。有源电力滤波技术作为改善供电质量的一项关键技术，其补 偿范围包括谐波、无功、畸变电压等，补偿对象有工业整流负载、电弧炉以及 电气化铁道等。在日本、美国以及德国等工业发达国家已得到了高度重视和日 益广泛的应用，APF 被公认为是今后改善电力系统电能质量的发展方向，现在 也已出现具有快速响应、稳定性高的有源滤波装置。目前，世界上APF 的主要生产厂家有日本三菱电机公司、美国西屋电气公司、德国西门子公司等。文献 显示，从1981 年以来，仅日本就有500 多台APF 投入运行，容量范围在 50kVA-60MVA；而在欧洲，投入运行的工业用并联APF 最大容量已经达到 610KVA[13]。
南京工程学院 本科毕业设计（论文）开题报告题目：电力有源滤波器的设计 专业： 班级：学号: 学生姓名： 指导教师： 2014 年3月
学生姓名学号专业指导教师职称 课题来源自拟课题课题 性质 工程技术研究 课题名称电力有源滤波器的设计 毕业设计的内容和意义 根据个人所选课题，把我的研究内容分为以下几个部分： 第 1 部分为绪论，概述了谐波的产生与其危害及谐波抑制的各种方法。有源电力滤波器发展现状，阐述了当前 APF 的研究热点。 第 2部分分析了有源电力滤波器的拓扑结构、工作原理和工作特性。从多个方面出发对有源电力滤波器进行了分类和介绍，并分析了各自的优缺点。 第 3 部分分析了有源电力滤波器谐波检测方法，并分析了各种谐波检测方法的工作原理和特性，通过对比选择 ip-iq 算法作为本文谐波检测方法。 第 4 部分介绍了本次论文的总体设计方案，并给出了相关的原理框图。 第 5部分在MATLAB/Simulink中建立三相三相制有源电力滤波器的仿真模型，并对各个模块进行仿真和详细的阐述。选择不同的整流负载，对负载电流波形和补偿后的电流波形进行对比，验证了 APF 的补偿性能。 第 6部分对全文做出总结，对有源电力滤波器系统存在的一系列问题进行探讨，并提出下一步的展望。
随着电力电子装置日益广泛的应用，电力电子装置自身所具有的非线性导致了电网中含有大量谐波，这些谐波给电力系统带来了严重的污染，严重危害了用电设备和通信系统的稳定运行。虽然传统的无源电力滤波器具有结构简单、成本低、技术成熟、运行费用低等优点，但同时也有一些缺点，例如只能抑制固定的几次谐波，并对某次谐波在一定条件下会与电网阻抗产生谐振反而而使谐波放大。 目前，谐波抑制的一个重要趋势是采用有源电力滤波器，有源电力滤波器也是一种电力电子装置，且相关技术的研究也日渐成为研究的热点。本文阐述了几种常见APF的拓扑结构及各自的优缺点，详细分析了基于瞬时无功功率理论的谐波检测方法，比例控制和前馈控制两种电流环控制策略以及SPWM和SVPWM两种调制策略。介绍了电力有源滤波器的基本原理和结构，并设计了并联型有源电力滤波器的控制系统，实验结果表明,其谐波抑制和无功补偿可以达到良好的效果,在技术上是可行的。 文献综述 1.1谐波的产生 谐波的产生主要是由于大容量电力和用电蒸馏或换流设备遗迹其它非线性负荷造成的。电脑里系统中，一切负载的存在将要求电网提供非正弦电流。非线性负载产生了畸变电流波形，并引起电压波形畸变。 系统中的谐波源分为三种：1稳态性：产生的谐波成分和幅值基本稳定不变。如电网电压稳定时的变压器贴心非线性产生的谐波，带稳定负载的整流器等。2动态性：产生的谐波具有明显的随机性。如电弧炉，电气机车等。3突发性：该谐波源在正在运行并不产生谐波，只在特定条件下产生。如变压器空载合闸的励磁涌流，投入电容器组时的暂态过程。 1.2谐波的危害 谐波主要危害可以说是电网的一个公害。主要表现在以下几个方面：增加电力设施的负荷，降低系统的功率因数，降低发电、输电及用电设备的有效容量和效率，造成了设备、线路的浪费和电能损失；引起无功补偿电容器谐振和谐波电流放大，导致电容器组因过电流或过电压而损坏或无法投入运行；产生脉冲转矩致使电动机振动，影响产品质量和电机寿命；由于涡流和集肤效应，使电机、变压器、输电线路等因产生附加功率损耗而过热，浪费电能并加速绝缘老化[1]；
三相四线并联型有源电力滤波器的结构与工作原理 0 引言 并联有源电力滤波器是一种用于动态抑制谐波和补偿无功的新型电力电子装置，近年来，有源电力滤波器的理论研究和应用均取得了较大的成功。对其主电路（VSI）参数的设计也进行了许多探讨，但是，目前交流侧滤波电感还没有十分有效的设计方法，然而该电感对有源滤波器的补偿性能十分关键。本文通过分析有源电力滤波器的交流侧滤波电感对电流补偿性能的影响，在满足一定效率的条件下，探讨了该电感的优化设计方法，仿真和实验初步表明该方法是有效的。 1 三相四线并联型有源电力滤波器的结构与工作原理 图1为三相四线制并联型有源电力滤波器的结构。主电路采用电容中点式的电压型逆变器。电流跟踪控制方式采用滞环控制。 图1 三相四线制并联型有源滤波器的结构 以图2的单相控制为例，分析滞环控制PWM调制方式实现电流跟踪的原理。在该控制方式中，指令电流计算电路产生的指令信号ic＊与实际的补偿电流信号ic进行比较，两者的偏差作为滞环比较器的输入，通过滞环比较器产生控制主电路的PWM的信号，此信号再通过死区和驱动控制电路，用于驱动相应桥臂的上、下两只功率器件，从而实现电流ic的控制。 图2 滞环控制PWM调制方式实现电流跟踪的原理图 以图3中A相半桥为例分析电路的工作过程。开关器件S1和S4组成A相的半桥变换器，电容C1和C2为储能元件。uc1和uc2为相应电容上的电压。为了能使半桥变换器正常跟踪指令电流，应使其电压uc1和uc2大于输入电压的峰值。 （a）ica>0,dica/dt>0（b）ica>0,dica/dt<0
（c）ica<0,dica/dt<0（d）ica<0,dica/dt>0 图3 电压型逆变器A相工作过程图 当电流ica>0时，若S1关断，S4导通，则电流流经S4使电容C2放电，如图3（a）所示，同时，由于uc2大于输入电压的峰值，故电流ica增大（dica/dt>0）。对应于图4中的t0～t1时间段。 当电流增大到ica＊＋δ时（其中ica＊为指令电流，δ为滞环宽度），在如前所述的滞环控制方式下，使得电路状态转换到图3（b），即S4关断，电流流经S1的反并二极管给电容C1充电，同时电流ica下降（dica/dt<0）。相对应于图4中的t1～t2时间段。 图4 滞环控制PWM调制器的工作状态 同样的道理可以分析ica<0的情况。通过整个电路工作情况分析，得出在滞环PWM 调制电路的控制下，通过半桥变换器上下桥臂开关管的开通和关断，可使得其产生的电流在一个差带宽度为2δ的范围内跟踪指令电流的变化。 当有源滤波器的主电路采用电容中点式拓扑时，A，B，C三相的滞环控制脉冲是相对独立的。其他两相的工作情况与此相同。 2 滤波电感对补偿精度的影响 非线性负载为三相不控整流桥带电阻负载，非线性负载交流侧电流iLa及其基波分量如图5所示（以下单相分析均以A相为例）。指令电流和实际补偿电流如图6所示。当指令电流变化相对平缓时（如从π/2到5π/6段），电流跟踪效果好，此时，网侧电流波形较好。而当指令电流变化很快时（从π/6开始的一小段），电流跟踪误差很大；这样会造成补偿后网侧电流的尖刺。使网侧电流补偿精度较低。
有源电力滤波器(APF)品牌排行 当前，市场上生产有源电力滤波器的厂家很多，各个品牌参差不齐，且国家标准未正式出台，所以只能挑选出一些市场上一些主流的APF品牌，从质量、稳定性各方面介绍一下当前市场上主流有源电力滤波器品牌的市场情况： 合资主流品牌：霍尼韦尔、GE、诺基亚、ABB、施耐德、 传统的电气行业的几大合资品牌从稳定性、可靠性来说都依然是值得可靠信赖，但是技术参数比得上国内品牌，国内品牌因为竞争的缘故一味追求性能参数，产品稳定性大打折扣，合资品牌的价格都相对较高，一般市场标价达2000~4000元/A。传统的合资品牌西门子貌似还没有APF。 国产一线品牌：南京亚派麦克斯韦电气深圳盛弘上海思源赛博电气深圳英纳仕追日电气........数百家品牌 估计国内生产APF的厂家有上百家，以上品牌都是最近2年广告比较多的品牌，推广力度比较大而已。但是参差不齐。国产品牌的通病就是质量不稳定，国产品牌没有7年以上的应用案例，价格也不一定便宜，国产品牌的价格一般是合资的50%~100%。有源电力滤波器的核心器件比如IGBT、电容器、CPU等国内电子元件技术都不稳定，所以国内生产APF 的厂家大多依靠进口国外品牌的核心元器件，然后再在国内组装，所以成本总体也不低，主要是人工成本较低。另外国产有源电力滤波器的通病就是并联技术，IGBT并联技术还不过关。但是未来的趋势肯定是核心器件国产化后，国内APF厂家的价格也许才会真正降到很低。 另外，有源电力滤波器出来10年左右，市场上有部分打着国外欧美公司品牌(如意大利、美国)的旗号，游龙混杂，有些品牌名字看着大气，实际上是国内生产的，满足国内市场扬眉崇外的心理，所以要注意辨别。
串联和并联电力滤波器的基本原理 谐波是交流系统中的概念，而纹波是针对直流系统来讲的，二者有区别，更有联系。交流滤波，是希望滤除工频（基波）分量以外的所有谐波分量，保证电源的正弦性。交流系统的电流畸变主要是由非线性负载引起的。而直流滤波，是希望滤除负载中直流分量以外的所有纹（谐）波分量，这些纹（谐）波分量主要是由直流电（压）源中的纹波电压分量在负载中引起的。直流系统中的纹波分量也是由各次谐波分量构成的。交流系统和直流系统中抑制谐波的目的是相同的：抑制不希望在电源或负载中出现的谐波分量。直流有源电力滤波器（DCAPF）与交流有源电力滤波器，都是采用主动的而不是被动的方法或手段去吸收或消除谐（纹）波。因而直流有源电力滤波器和交流有源电力滤波器的工作原理是相同或相近的。但是，由于作用的对象不同，直流有源电力滤波器也有自己的特点。与交流有源电力滤波器相似，按照其与直流负载的联结方式，直流有源电力滤波器也可分为串联直流有源电力滤波器和并联直流有源电力滤波器。串联直流有源电力滤波器的工作原理是：检测整流器经平波电抗器（无源滤波器）后的输出电压，通过低通滤波器将纹波电压分离出来，用此信号控制直流有源电力滤波器的输出电压，并使与的大小相等，相位相反，从而达到显著减小直流负载中纹波电流的目的。直流有源电力滤波器相当于电压控制电压源（VCVS）的逆变器。采用串联直流有源电力滤波器时，可以不必串联平波电抗器。并联直流有源电力滤波器的工作原理是：检测平波电抗器（无源滤波器）的输出电流Id＋ih，通过低通
滤波器将纹波电流ih分离出来，用此信号控制直流有源电力滤波器的输出电流iah，使ih与iah的大小相等，相位相同，从而使直流负载上的纹波电流分流，达到减小直流负载中纹波电流的目的。直流有源电力滤波器相当于电流控制电流源（CCCS）的逆变器。也可以检测整流器经平波电抗器后的输出电压，通过低通滤波器将纹波电压分离出来，用此信号控制直流有源电力滤波器的输出电流iah，使直流负载上的纹波电流分流，同样可以达到降低直流负载中纹波电流的目的。虽然直流有源电力滤波器在理论上不能彻底消除负载端的纹波电流，但可以使其大幅度地衰减。这时，直流有源电力滤波器相当于电压控制电流源（VCCS）的逆变器。串联直流有源电力滤波器所抑制的是纹波电压，它通过全额负载电流。当负载电流较大时，直流有源电力滤波器必须采用多个器件并联运行，损耗也比较大，这是它的缺点。串联直流有源电力滤波器比较适合于对纹波电流要求低的电感量较小或纯阻性的直流负载。并联直流有源电力滤波器通过使谐波源产生的谐波电流分流达到抑制直流负载纹波的目的，它承受全额负载电压。而在稳定/脉冲直流电源中，这个电压不会太高，器件完全能够承受。当纹波电流比较低时，用较小的纹波电流来控制直流有源电力滤波器比较困难，可采用检测纹波电压来控制直流有源电力滤波器，使纹波电流分流。并联直流有源电力滤波器比较适合于电感量较大直流负载。
有源电力滤波器装置主要应用于什么场合 安科瑞王志彬2019.03 小编给大家分享下有源电力滤波器装置主要应用场合领域： 随着国内外电力电子技术的发展，大量由电力电子开关构成的、具有非线性特性的用电设备广泛应用于冶金、钢铁、交通、化工等工业领域，如电解装置、电气机车、轧制机械、高频炉等，故国内外电网中的谐波污染状况日益严重。电网中的高次谐波会造成旋转电机和变压器过热，使电力电容器组工作不正常，甚至造成热击穿损坏；对电力系统中的发电机、调相机、继电保护自动装置和电能计量等也有很大危害，严重时会引发设备误动作，造成重大事故；谐波污染对通信、计算机系统、高精度加工机械，检测仪表等用电设备也有严重的干扰。因此，必须采取有效的措施来消除电网中的高次谐波。 在低压配电网中这些谐波污染问题显得尤为突出，严重影响到各种类大型厂矿的正常生产，如钢铁、煤矿、化工、纺织等企业，以及IT和大规模微电子集成电路企业，造成产品报废，生产线停产，生产设备的寿命骤减甚至损坏。 目前用户通常采用并联型无源滤波器来抑制谐波，但存在不少缺陷。现在的趋势是采用电力电子装置进行谐波补偿，即有源电力滤波器（APF）与前者相比apf有源滤波器能对变化的谐波进行迅速的动态跟踪补偿，而且补偿特性不受电网阻抗的影响。有源电力滤波器装置必定是消除谐波的主导产品 安科瑞ANAPF有源电力滤波器 1、概述 1.1谐波的产生 电力系统中理想的电压、电流波形都是频率为50Hz的正弦波，但是非线性电力设备（大功率可控硅、变频器、UPS、开关电源、中频炉等）的广泛应用产生了大量畸变的谐波电流，谐波电流耦合在线路上产生谐波电压。对非正弦的畸变电流作傅立叶级数分解，其中频率与工频相同的分量为基波，频率是基波频率整数倍的分量为谐波。谐波是电能质量的重要指标。 1.2谐波的危害 ●谐波使公用电网中的元件产生附加的损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率。大量三次谐波流过中线会使线路过热，甚至引起火灾。 ●谐波会影响电气设备的正常工作，使电机产生机械振动和噪声等；使变压器局部严重过热；使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短，以致损坏。 ●引起电网谐振，使得谐波电流放大几倍甚至数十倍，会对系统，特别是对电容器和与之串联的电抗器形成很大的威胁，经常使电容器和电抗器烧毁。 ●谐波会导致继电保护，特别是微机综合保护器与自动装置误动作，造成不必要的供电中断和生产损失。谐波还会使电气测量仪表计量不准确，产生计量误差，给用电管理部门或电力用户带来经济损失。 ●临近的谐波源或较高次谐波会对通信及信息处理设备产生干扰，轻则产生噪声、降低通信质量、计算机无法正常工作，重则导致信息丢失，使工控系统崩溃。
有源电力滤波器的基本原理和分类 1．有源电力滤波器的基本原理 有源电力滤波器系统主要由两大部分组成，即指令电流检测电路和补偿电流发生电路。 图1 有源滤波器示意图 指令电流检测电路的功能主要是从负载电流中分离出谐波电流分量和基波无功电流，然后将其反极性作用后发生补偿电流的指令信号。电流跟踪控制电路的功能是根据主电路产生的补偿电流，计算出主电路各开关器件的触发脉冲，此脉冲经驱动电路后作用于主电路。这样电源电流中只含有基波的有功分量，从而达到消除谐波与进行无功补偿的目的。根据同样的原理，电力有源滤波器还能对不对称三相电路的负序电流分量进行补偿。 有源电力滤波器的主电路一般由PWM逆变器构成。根据逆变器直流侧储能元件的不同，可分为电压型有源滤波器(储能元件为电容)和电流型有源滤波器(储能元件为电感)。电压型有源滤波器在工作时需对直流侧电容电压控制，使直流侧电压维持不变，因而逆变器交流侧输出为PWM电压波。而电流型有源滤波器在工作时需对直流侧电感电流进行控制，使直流侧电流维持不变，因而逆变器交流侧输出为PWM电流波。电压型有源滤波器的优点是损耗较少，效率高，是目前国外绝大多数有源滤波器采用的主电路结构。电流型有源滤波器由于电流侧电感上始终有电流流过，该电流在电感阻上将产生较大损耗，所以目前较少采用。 图2 电压型有源滤波器
图3 电流型有源滤波器 2．有源电力滤波器的分类 按电路拓朴结构分类，电力有源滤波器可分为并联型、串联型、串－并联型和混合型。 图4 并联型有源滤波器 图4所示为并联型有源滤波器的基本结构。它主要适用于电流源型非线性负载的谐波电流抵消、无功补偿以及平衡三相系统中的不平衡电流等。目前并联型有源滤波器在技术上已较成熟，它也是当前应用最为广泛的一种有源滤波器拓补结构。 图5 串联型有源滤波器 图5所示为串联型有源滤波器的基本结构。它通过一个匹配变压器将有源滤波器串联于电源和负载之间，以消除电压谐波，平衡或调整负载的端电压。与并联型有源滤波器相比，串联型有源滤波器损耗较大，且各种保护电路也较复杂，因此，很少研究单独使用的串联型有源滤波器，而大多数将它作为混合型有源滤波器的一部分予以研究。 图6 混合型有源滤波器 图6所示为混合型有源滤波器的基本结构。它是在串联型有源滤波器的基础上使用一些
０引言 随着电力电子装置的广泛应用，各类非线性负载产生的谐波和无功功率对电网的危害也日益严重。有源电力滤波器ＡＰＦ（ＡｃｔｉｖｅＰｏｗｅｒＦｉｌｔｅｒ）作为一种理想的谐波无功补偿装置，能够对频率和幅值均发生变化的谐波和无功进行补偿，弥补了传统无源电力滤波器的不足，具有比无源电力滤波器更好的补偿性能，因而得到了迅速的发展，在国外已开始应用于实际生产中。 目前，我国对ＡＰＦ的研究和开发尚处于实验阶段，暂时没有大容量的成熟产品投入使用，因此对ＡＰＦ的研究具有十分重要的意义［１］。 １ＡＰＦ工作原理［２－３］ ＡＰＦ由２大部分组成：谐波和无功电流检测电路 及补偿电流发生电路（由补偿电流控制电路、驱动隔离电路和主电路３个部分构成），ＡＰＦ工作原理示意图如图１所示。前者的作用是检测出负载电流中的谐波和无功电流等分量；后者的作用是根据检测出来的谐波和无功电流等产生相应的补偿电流。其中， 补偿电流控制电路是补偿电流发生电路的核心环 节，负责根据补偿电流指令信号，由控制算法计算得到主电路每相桥臂各功率开关器件的触发脉冲；隔离与驱动电路负责驱动主电路ＩＧＢＴ开关；主电路用来产生补偿电流。与ＡＰＦ并联的高通滤波器ＨＰＦ（ＨｉｇｈＰａｓｓＦｉｌｔｅｒ）能滤除ＡＰＦ所产生的补偿电流中开关频率附近的谐波。 ＡＰＦ的基本工作原理是：谐波无功电流检测电路将负载电流ｉＬ中的谐波电流ｉＬｈ和无功电流ｉＬｑ分离出来，然后把它们反相并产生出补偿电流ｉｃ的调制波信号ｉｃ＊，亦即指令信号ｉｃ＊＝ｉＬｈ＋ｉＬｑ。补偿电流控制电路根据ｉｃ＊的值输出触发脉冲，通过驱动隔离电路驱动主电路的功率开关，使其创建出补偿电流ｉｃ，ｉｃ要跟踪ｉｃ＊，故ｉｃ≈－ｉｃ＊，因此 ｉｓ＝ｉＬ＋ｉｃ＝ｉＬ＋ｉｃ＊＝ｉＬ－（ｉＬｈ＋ｉＬｑ）＝ｉＬｐ （１）即电源电流ｉｓ中只含有基波有功分量ｉＬｐ，从而达到消除谐波和补偿无功功率的目的。根据此原理，对于三相ＡＰＦ，还能对电流的不对称度和负序电流等进行补偿。另外，作为主电路的ＰＷＭ变流器，在产生补偿电流时，主要作为逆变器工作，在电网向ＡＰＦ直流侧储能元件充电时作为整流器工作，由于其既能工作在逆变状态又能工作在整流状态，故可称作变流器。 ＡＰＦ控制系统中谐波无功电流的检测和补偿电流控制２部分控制方法的选取是影响ＡＰＦ性能的关键。 ２ＡＰＦ谐波和无功电流检测方法 准确、实时地检测出电网中瞬态变化的畸变电流是ＡＰＦ进行精确补偿的关键。谐波电流检测方法主要有以下几种［２－３］：模拟带通滤波器（或陷波器）检测法、基于频域分析的快速傅里叶变换ＦＦＴ（ＦａｓｔＦｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）检测法、 基于现代控制理论的检测法、瞬时波形比较法、自适应检测法和基于瞬时无功功率理论的检测法。其中，常用的是基于瞬时无功功 有源电力滤波器仿真研究 华晓萍，王 奔，孟凌凌，兰金茹，孟庆波 （西南交通大学电气工程学院，四川成都６１００３１） 摘要：叙述了有源电力滤波器ＡＰＦ（ＡｃｔｉｖｅＰｏｗｅｒＦｉｌｔｅｒ）的基本原理，分别介绍了组成ＡＰＦ的谐波和无功电流检测电路、补偿电流发生电路的构成和功能，在此基础上，介绍了常用的ＡＰＦ的谐波和无功电流检测方法、补偿电流控制方法和直流侧电压控制方法。为了验证ＡＰＦ的补偿功能同时加深对其控制方法的认识和理解，用Ｍａｔｌａｂ６．５／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ下的ＳｉｍＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓＢｌｏｃｋｓｅｔ对整个三相并联电压型ＡＰＦ系统进行了仿真研究。仿真结果表明，电压空间矢量脉宽调制ＳＶＰＷＭ（ＳｐａｃｅＶｅｃｔｏｒ ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）控制的ＡＰＦ能对负载电流中的谐波和无功分量进行快速精确的补偿。 关键词：有源电力滤波器；谐波和无功电流检测；补偿电流控制；Ｍａｔｌａｂ仿真中图分类号：ＴＮ７１３；ＴＭ７１４．３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６－６０４７（２００７）０１－００４２－０４收稿日期：２００６－０３－１５；修回日期：２００６－０７－０１ 电力自动化设备 ＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＥｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｖｏｌ．２７Ｎｏ．１Ｊａｎ．２００７ 第２７卷第１期２００７年１月 图１ＡＰＦ基本工作原理 Ｆｉｇ．１Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｆｉｌｔｅｒ 负载 驱动隔离电路 补偿电流控制电路 谐波无功电流检测电路 ｅｓ ｉｓ ＲＬ ＨＰＦ ＡＰＦ ｉＬ ｉｃ ｉｃ＊
并联型有源电力滤波器的Matlab仿真 摘要：并联混合型有源电力滤波器能够很好地实现谐波抑制和无功补偿。给出了有源电力滤波器系统结构，建立了数学模型， 还给出了主电路直流侧电容电压值和交流侧电感值的选取方法，利用Matlab＼simulink＼PsB构建了仿真模型，得到了仿真结果。 关键词：有源电力滤波器；直流侧电容电压；交流测电感：Matlab／simulink Abstract ：Shunt hybrid active power filter can commendably achieve hannonic suppression and reactive power compensation．In this paper,it shows the APF’s architecture and sets up amathematical model．And the way ofchoosing the value ofthe main circuit’s voltage ripple of DC side capacitor and the AC side inductance is proposed．MA TLAB＼Simulink＼PSB is used to build simulation model and then get the simulation results． Key words：APF；V oltage of DC side capacitor；AC side inductance；Matlab／Simulink 引言： 在谐波含量较高的配电网中，对无功功率补偿有着严格的要求。目前电力系统中无功补偿大都是采用机械开关控制的电容器投切，谐波补偿大多采用无源滤波装置，负序治理的工作尚未大范围开展。另外，无功补偿、负序电流补偿、谐波抑制是分别单独地进行的。由于不是按统一的数学模型综合地进行治理，常出现顾此失彼的情况，且响应速度慢、经济性差、安装维护工作量大，妨碍了电网污染治理工作的顺利进行。 1.有源滤波器的发展历史 有源滤波器的思想最早出现于1969年B.M.Bird和J.F.Marsh的论文中。文中描述了通过向交流电源注入三次谐波电流以减少电源中的谐波，改善电源电流波形的新方法。文中所述的方法认为是有源滤波器思想的诞生。1971年日本的H.Sasaki和T.Machida完整描述了有源电力滤波器的基本原理。1976年美国西屋电气公司的L.Gyugyi和E.C.Strycula提出了采用脉冲宽度调制控制的有源电力滤波器，确定了主电路的基本拓扑结构和控制方法，从原理上阐明了有源电力滤波器是一理想的谐波电流发生器，并讨论了实现方法和相应的控制原理，奠定了有源电力滤波器的基础。然而，在20世纪70年代由于缺少大功率可关断器件，有源电力滤波器除了少数的实验室研究外，几乎没有任何进展。进入20世纪80年代以来，新型半导体器件的出现，PWM技术的发展，尤其是1983年日本的H.Akagi等人提出了“三相电路瞬时无功功率理论”，以该理论为基础的谐波和无功电流检测方法在三相有源电力滤波器中得到了成功的应用，极大促进了有源电力滤波器的发展。 与无源滤波器相比，有源滤波器是一种主动型的补偿装置，具有较好的动态性能。有源电力滤波器是近年来电力电子领域的热门话题。目前，有源滤波技术已在日本、美国等少数工业发达国家得到应用，有工业装置投入运行，其装置容量最高可达60MV.A；国内对有源电力滤波器的研究尚处于起步阶段。 2、APF的基本工作原理 有源电力滤波器是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置。它能对大小
工程学院 本科毕业设计（论文）开题报告题目：电力有源滤波器的设计 专业： 班级：学号: 学生： 指导教师： 2014 年3月
文献综述1.3谐波的抑制方法 （1）无源滤波 无源滤波器，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，最易于采用的无源滤波器结构是将电感与电容串联，可对主要次谐波构成低阻抗旁路；单调谐滤波器、双调谐滤波器、高通滤波器都属于无源滤波器。无源滤波器具有结构简单、成本低廉、运行可靠性较高、运行费用较低等优点。基本的无源滤波器的拓扑结构如下图所示： （2）有源滤波 目前，谐波抑制的一个重要趋势是采用电力有源滤波器(Active Power Filter-APF)[2]。有源电力滤波器也是一种电力电子装置。其基本原理是从补偿对象中检测出谐波电流，由补偿装置产生与该谐波电流大小相等而极性相反的补偿电流，从而消除电网中的谐波。这种滤波器能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，且补偿特性不受电网阻抗的影响，因而受到广泛的重视，并且在日本等国得到广泛的应用。有源电力滤波器的基本思想在六七十年代就己经形成。80年代以来，由于大中功率全控型半导体器件的成熟，脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation-PWM)控制技术的进步，以及基于瞬时无功功率理论的谐波电流瞬时检测方法的提出，有源电力滤波器才得以迅速发展。
文 献 综 述 2.1按联接方式确定APF的种类 APF的结构形式很多，但其基本原理都是类似的，按电路拓朴结构可分为并联型APF、串联型APF和串--并联型APF。 （1）并联型APF 下图为并联型APF 基本结构。由于与系统并联, 可等效为一受控电流源。并联型APF 可产生与负荷电流大小相等、方向相反的谐波电流, 从而将电源侧电流补偿为正弦基波电流。主要适用于抵消非线性负载的谐波电流、无功补偿及平衡三相系统中的不平衡电流等。并联型APF 在技术上比较成熟[4]。 并联型有源滤波器结构图 2）串联型APF 图2.3为串联型APF基本结构。通过1个匹配变压器将APF串联在电源和负载之间, 以消除电压谐波, 平衡或调整负载的端电压。与并联型APF相比, 串联型APF损耗较大, 且各种保护电路也较复杂。因此, 很少单位使用串联型APF, 大多将其作为混合型APF 的一部分。 串联型有源滤波器结构图
有源电力滤波器通过电流互感器检测负载电流，并通过内部DSP计算，提取出负载电流中的谐波成分，然后通过PWM信号发送给内部IGBT，控制逆变器产生一个和负载谐波电流大小相等，方向相反的谐波电流注入到电网中，达到滤波的目的。 有源电力滤波器是现代化工业的主要副产品之一，随着工业现代化程度提高，谐波的问题日益严重。这主要是现代化工业的用电方式发生了巨大的变化。传统工业的主要电力负荷是电动机和电阻加热设备，这些设备是线性负载，不会产生谐波电流。而现代化工业的主要电力负荷是电流变换器，包括变频器、中频炉、直流电机驱动器等，这些负荷都是非线性负载，工作时产生严重的谐波。 另一方面，大部分配电系统，包括变压器、开关柜、继电保护器、无功补偿柜等，都是按照线性负荷设计的。当实际负荷为非线性负荷时，对配电系统造成严重的危害，轻则导致系统过热、不稳定，重则损坏配电设备。 解决这个问题的最好方法就是在非线性设备的电源输入端安装有源电力滤波器，将非线性负荷转变为线性负荷，谐波导致的各种问题便迎刃而解。这种安装在设备的电源输入端的谐波滤波器就是设备级谐波滤波器。 有源电力滤波器的特殊要求 设备级有源电力滤波器与母线级谐波滤波器有不同的要求。设备级有源电力滤波器与所配的设备一同构成一个完整的系统，谐波滤波器的作用是保证这个系统的谐波电流发射满足特定的标准，例如，GB17625标准。因此，设备级有源电力滤波器要满足一下四个方面的要求： 1）不与系统发生不良作用：配装了谐波滤波器的设备可能在任何系统中使用，而任何情况下都不允许与系统之间发生不良的相互作用，例如与系统发生谐振，放大谐波电流。 2）不会导致超前的功率因数：设备配装了滤波器，功率因数要达到0.98以上，不允许出现过大的感性无功功率和容性无功功率； 3）滤波效果确定：滤波器与特定设备组合起来后，谐波电流发射必须是确定的，与系统的参数无关，这样才能确保设备安装了滤波器后，满足特定的要求；
综述 随着大容量电力电子装置在高压交流电力系统中日益广泛的应用，谐波和无功等问题严重地威胁着系统自身的安全稳定运行。针对10~35kV高压交流电力系统，国内外目前主要采用无源电力滤波器来抑制谐波并补偿无功功率。无源电力滤波器具有诸多的缺陷，难以达到理想的性能。受功率半导体开关器件的约束，有源电力滤波器常规技术方案的应用限制在低压交流电力系统。提出一种基于基波磁通补偿的串联型有源电力滤波器新原理，通过电力电子变换器的控制，使串联变压器对基波呈现很小的一次侧漏阻抗，对谐波呈现很大的励磁阻抗。通过电力电子变换器的控制，变压器一次侧呈现连续无极可调的电抗。借鉴基波磁通补偿理论及磁通可控的可调电抗器原理，根据串并联的对偶特性，本文提出一种新型的基于阻抗可控的并联混合型有源电力滤波器。在电力电子变换器的控制下，变压器对谐波电流呈现近似为零的低阻抗，从而输导电力系统中的谐波电流，同时对基波电流呈现连续无极可调的电抗，与无源电力滤波器相结合，实时补偿系统的无功功率。通过变压器隔离降压，确保该滤波器安全、可靠、稳定地工作。
1 工作原理 1.1 变压器的结构 变压器的结构如图1所示。其一次侧AX与二次侧ax的匝数分别为W1、W2，变比k=W1/W2，一次侧与二次侧的互感为M。一次侧绕组的电阻为r1，自感为L11。变压器采用非晶态合金铁心，为了确保变压器工作在B-H曲线的线性区，铁心开有气隙。利用电压型逆变器向变压器二次侧绕组中注入补偿电流i2且满足i2=-α*∑i1(n)-β*i1(1) 式中：α为谐波补偿系数；∑i1(n)为实时检测的变压器一次侧谐波电流；β为基波补偿系数；i1(1)为实时检测的变压器一次侧基波电流。 1.2 谐波抑制原理 从AX端看，变压器n次谐波电压方程为ù1(n)=（r1+jW n L11）/ì1(n)+jW n Mì2(n) 若α满足谐波补偿条件α=L11/M 则从AX端看，变压器对谐波电流的等效阻抗为Z AX(n)=ù1(n)/ì1(n)=r1通常r1可忽略，因此，在满足谐波补偿条件时，变压器对谐波电流呈现近似为零的低阻抗。谐波等效电路如图2所示。
并联型有源电力滤波器（APF）原理简介及仿真验证 概述： 有源电力滤波器（APF）是一种用于动态谐波抑制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，是相对于无源滤波器（L、LC等）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进行各次谐波的分离，控制输出电流的幅值、频率和相位，并且快速响应，抵消系统中的相应谐波电流，从而实现动态谐波治理。 APF的控制原理为采样负载电流（此电流包含基波与谐波），将此电流与锁相环输出的相位信号一起经过坐标变换后生成负载电流的直流分量，直流分量经过低通滤波器将谐波分量滤除成为基波信号，基波信号再与负载电流相减得到真正的谐波信号，再通过电流内环使APF的输出电流跟踪谐波信号，同时通过电压外环使直流侧电压稳定在给定值，进而生成APF所需要注入的谐波电流，该谐波电流与谐波源的电流相互抵消，从而保证电网侧的电流为纯净的基波电流信号，进而完成滤波任务。 正文： 1.电力系统中的谐波是指电流中所含有的频率为基波的整数倍的电量，一般是指对周期性的非正弦电量进行傅里叶
级数分解，其余大于基波频率的电流产生的电量。电力系统中不存在绝对纯净的电流，一般都是基波+谐波，只是谐波的含量不同而已。 2.谐波治理装置一般包含无源滤波器与有源滤波器。无源滤波器指由R,L,C等无源元器件组成的滤波装置，这些滤波装置的优点在于简单易用，缺点在于效果一般，只能用于特定场合，有些无源装置甚至只能针对某一特定电站。有源滤波器一般指并联型有源电力滤波器（APF），这是一种近年来兴起的滤波装置，具备很多优点，例如快速，稳定，可适时补偿。其缺点也是显著的，例如电力电子器件的有限耐压等级与可承受电流等级低导致其容量无法满足大电站需求，另外成本也是制约其发展的一个瓶颈。 3.有源电力滤波器的原理：有源电力滤波器（APF）是一种用于动态抑制谐波的新型电力电子装置，它能对大小和频率都变化的谐波进行抑制，可以克服LC滤波器等传统的谐波抑制设备不能灵活调节的缺点。 基本原理：