三相四线并联型有源电力滤波器的结构与工作原理

有源电力滤波器的基本原理和分类有源电力滤波器（Active Power Filter，APF）是一种用于消除电力系统中谐波和电流不平衡问题的装置。

它是一种由电子器件组成的滤波器，能够注入特定频率的电流来抵消电网中的谐波，从而实现电流的纯正输出。

下面将介绍有源电力滤波器的基本原理和分类。

基本原理：有源电力滤波器由三相逆变器（Inverter）和控制系统组成。

首先，控制系统采集电网中的电压和电流信号，并进行处理和分析。

接下来，控制器确定电网的谐波特性并计算相应的注入电流。

最后，逆变器产生特定频率和幅度的电流，并通过与电网连接的线路与谐波电流相消。

这样，通过有源电力滤波器可以实现对电流谐波的消除和电流的纯正输出。

分类：根据滤波器的连接方式和使用场景，有源电力滤波器可以分为三种类型：单台型、平行型和串级型。

1.单台型有源电力滤波器：单台型有源电力滤波器适用于单台负载设备或供电点，用于对单一负载设备引起的谐波进行消除。

这种滤波器的工作方式简单，实施成本低，但只能解决单个设备引起的谐波问题。

2.平行型有源电力滤波器：平行型有源电力滤波器通常由多台滤波器并联连接，在一个供电点上对谐波进行消除。

这种连接方式可以同时处理多个电流不平衡或谐波扰动。

平行型滤波器具有相互独立工作的特点，其中一台滤波器的故障不会影响其他滤波器的工作。

3.串级型有源电力滤波器：串级型有源电力滤波器由多个滤波器串联连接在一个供电点上。

每个滤波器负责处理一定范围内的谐波频率。

串级型滤波器具有较大的容载能力，能够处理大电流负载和更复杂的谐波问题，但它的成本更高，并且在安装和维护过程中需要更多的配置。

总结：有源电力滤波器是一种用于消除电力系统中谐波和电流不平衡问题的装置。

通过逆变器产生特定频率和幅度的电流，有源电力滤波器可以实现对电流谐波的消除和电流的纯正输出。

根据滤波器的连接方式和使用场景，有源电力滤波器可以分为单台型、平行型和串级型三种类型。

并联型三相四线制有源电力滤波器滞环控制电路设计说明毕业设计并联型三相四线制有源电力滤波器滞环电路设计摘要随着电力电子装置及其它非线性负载的广泛应用，电网中的谐波和无功污染日趋严重，对电力系统和用户造成了一系列危害。

并联有源电力滤波器作为一种新型的谐波、无功综合补偿系统，是电能质量控制领域中的研究热点。

近年来，三相四线制电网中的谐波和负载不平衡问题日益突出，为此本文研究了三相四线制系统中谐波和无功功率的统一补偿问题。

本文首先简单介绍了电力系统谐波的基本概念、基本原理及其对整个电力系统的影响，然后介绍国外有源电力滤波器的控制方法的发展趋势和应用情况，不同类型有源电力滤波器的基本原理、结构和控制方法，混合型并联有源电力滤波器的基本原理、结构，最后重点分析并联型三相四线制有源电力滤波器控制方法，绘制并联型三相四线制有源电力滤波器的原理图及其框图，绘制整个控制电路原理图及框图，并利用MATLAB仿真软件对有源电力滤波器进行仿真，得出了预期波形。

关键词：谐波；电力有源滤波器；控制电路；滞环电路SHUNT THREE-PHASE FOUR-WIRE ACTIVE POWER FILTER DESIGN OF HYSTERESIS CIRCUITAbstractThe pollution of harmonics and reactive power in power grid becomesserious and endangers the power system and customers while power electronicdevices and other nonlinear loads are applied widely.The study on shunt activepower filter, which is a novel device compensating harmonics and reactive power simultaneously,is the focus in the field of power quality control.Inrecent years,the issues of harmonics and loadsunbalance in three-phase four-wire power grid are more and more serious.In this paper, a brief account of the power system harmonics of the basic concepts, the basic principles and its impact on the entire power system.And then the paper gives an introduction about active power filter’s controlling method and Application, Different types of active power filter’s the basic princ iples, structure and control method,.Parallel hybrid active power filter’s basic principles, structure is also introducede ,at last ,the paper gives analysis of parallel three-phase four-wire active power filter control methods, draws parallel three-phase four-wire active power filter and its schematic diagram, maps the entire control circuit schematic diagram and blockdiagram,and uses MATLAB to simulate APF , reachs the desired waveform. Key words: Harmonics; Active filter of power; Control circurt目录第1章绪论 (4)1.1 电力系统谐波 (4)1.1 1电力系统谐波概述 (4)1.1 2 谐波的基本概念 (4)1.1 3 谐波的危害 (4)1.2 有源电力滤波器及其控制方法的发展趋势与研究现状 (6)1.2 1 有源电力滤波器的发展历程 (6)1.2 2 有源电力滤波器的研究现状及发展趋势 (6)1.2 3 有源电力滤波器的控制技术发展趋势 (6)1.3 电力有源滤波器简介 (7)1.3 1 传统的谐波抑制和无功补偿装置的缺陷 (7)1.3 2 电力有源滤波器的优点 (8)1.4 电力有源滤波器的分类 (9)1.5 电力有源滤波器工作原理简介 (10)1.5 1 常用谐波电流检测方法 (10)1.5 2 常用的补偿电流的控制方法 (11)第2章各种有源电力滤波器的结构、控制方法及原理分析 (12)2.1 并联型有源电力滤波器 (12)2.1 1并联型有源电力滤波器的基本原理 (12)2.1 2 并联型有源电力滤波器的基本结构 (13)2.2 串联型有源电力滤波器 (14)2.2 1 串联型电力有源滤波器的基本原理及结构 (14)2.3 混合型有源电力滤波器 (15)2.4 各种有源电力滤波器的控制方法 (16)第3章瞬时无功功率理论及谐波无功电流检测方法 (18)3.1 瞬时无功功率理论概述 (18)3.2 其他谐波及无功电流检测方法 (21)3.2 1 带通(带阻)滤波器检测法 (21)3.2 2 快速傅里叶变换法（FFT） (21)3.2 3 同步检测法 (21)第4章并联型三相四线制有源电力滤波器的控制方法研究 (23)4.1 三角载波电流控制 (23)4.2 滞环跟踪控制 (24)4.3 三相四线制APF主电路分析 (26)第5章并联型有源电力滤波器仿真分析 (28)5.1 并联型有源电力滤波器的仿真电路 (28)5.2 仿真分析 (29)5.3 仿真总结 (31)第1章绪论1.1 电力系统谐波1.1.1电力系统谐波概述一个理想的电力系统是以单一恒定频率与规定幅值的稳定电压供电的。

并联型三相四线制有源电力滤波器滞环电路设计摘要随着电力电子装置及其它非线性负载的广泛使用，电网中的谐波和无功污染日趋严重，对电力系统和用户造成了一系列危害。

并联有源电力滤波器作为一种新型的谐波、无功综合补偿系统，是电能质量控制领域中的研究热点。

近年来，三相四线制电网中的谐波和负载不平衡问题日益突出，为此本文研究了三相四线制系统中谐波和无功功率的统一补偿问题。

本文首先简单介绍了电力系统谐波的基本概念、基本原理及其对整个电力系统的影响，然后介绍国内外有源电力滤波器的控制方法的发展趋势和使用情况，不同类型有源电力滤波器的基本原理、结构和控制方法，混合型并联有源电力滤波器的基本原理、结构，最后重点分析并联型三相四线制有源电力滤波器控制方法，绘制并联型三相四线制有源电力滤波器的原理图及其框图，绘制整个控制电路原理图及框图，并利用MATLAB仿真软件对有源电力滤波器进行仿真，得出了预期波形。

关键词：谐波；电力有源滤波器；控制电路；滞环电路SHUNT THREE-PHASE FOUR-WIRE ACTIVE POWER FILTER DESIGN OF HYSTERESIS CIRCUITAbstractThe pollution of harmonics and reactive power in power grid becomesserious and endangers the power system and customers while power electronicdevices and other nonlinear loads are applied widely.The study on shunt activepower filter, which is a novel device compensating harmonics and reactive power simultaneously,is the focus in the field of power quality control.Inrecent years,the issues of harmonics and loads unbalance in three-phase four-wire power grid are more and more serious.In this paper, a brief account of the power system harmonics of the basic concepts, the basic principles and its impact on the entire power system.And then the paper gives an introduction about active power filter’s controlling method andApplication, Different types of active powe r filter’s the basic principles, structure and control method,.Parallel hybrid active power filter’s basic principles, structure is also introducede ,at last ,the paper gives analysis of parallel three-phase four-wire active power filter control methods, draws parallel three-phase four-wire active power filter and its schematic diagram, maps the entire control circuit schematic diagram and block diagram,and uses MATLAB to simulate APF , reachs the desired waveform. Key words: Harmonics; Active filter of power; Control circurt目录第1章绪论 (1)1.1 电力系统谐波 (1)1.1 1电力系统谐波概述 (1)1.1 2 谐波的基本概念 (1)1.1 3 谐波的危害 (1)1.2 有源电力滤波器及其控制方法的发展趋势和研究现状 (2)1.2 1 有源电力滤波器的发展历程 (2)1.2 2 有源电力滤波器的研究现状及发展趋势 (3)1.2 3 有源电力滤波器的控制技术发展趋势 (3)1.3 电力有源滤波器简介 (4)1.3 1 传统的谐波抑制和无功补偿装置的缺陷 (4)1.3 2 电力有源滤波器的优点 (5)1.4 电力有源滤波器的分类 (5)1.5 电力有源滤波器工作原理简介 (6)1.5 1 常用谐波电流检测方法 (7)1.5 2 常用的补偿电流的控制方法 (7)第2章各种有源电力滤波器的结构、控制方法及原理分析 (8)2.1 并联型有源电力滤波器 (8)2.1 1并联型有源电力滤波器的基本原理 (8)2.1 2 并联型有源电力滤波器的基本结构 (9)2.2 串联型有源电力滤波器 (9)2.2 1 串联型电力有源滤波器的基本原理及结构... 错误!未定义书签。

器。 在谐波检测环 节采用任意次谐波电流的无锁
相 环 的检 测方 法 来 减小 电路 设计 和 调试 难 度 ， 同
时增强抗干扰能 力； 在补偿 电流控制环节采用了
三维空间矢量脉 宽调制 （Ｄ— ＶＰ ３ Ｓ ＷＭ） 术来 技
解决中线电流补偿问题以及提高补偿精度。
２ 并联电力有源滤波电路的控 制方法
真， 验证 控制算法的正确性 。 关键词 ： 有源电力滤波器 三相四线制 不对 称系统 三维空间矢量脉宽调制 仿真
以带 电容中点的三桥臂Ｐ ＷＭ变流器为主电路 的
三 相 四线 并联 有 源 电力滤波 器为研 究 对 象 。
有源电力滤波器系统 由指令电流的运算 电路 （ 谐波检 测电路 ） 和补 偿电流发生电路构成
系统的 任意 次谐 波电流 的无 锁 相环 的检 测 和 三维 空 『 百 １
根据 中线电流补偿方式 不同， 应用于三相四 线并联有源电力滤波器的拓扑结构主要有两种：
三 桥臂 Ｐ Ｍ变流 器和 四桥 臂 Ｐ Ｍ变流器 。 文 Ｗ Ｗ 本
矢 量脉 宽调制技 术 ， 对有 源电力滤波器 进行了建 模 及仿
有 源 电力滤波器 （ Ｆ） ＡＰ 的基 本工作原 理是 ， 在 非 对 称 三 相 四线 制 系统 中， 由于 中线 电流
实时检 测补 偿对 象的电压 和 电流 ， 经指令 电流
的运 算 电路 计 算 得 出补 偿 电流 （ 波 ） 谐 的指 令 信 号 ， 信 号 经 补偿 电流 发 生 电路放 大 ， 出补 偿 该 得
静 ∞ 西
研究与交流
三相 四线 制不 对称 系统有 源 电力滤 波器 的研 究
王群 京 许 维 国 李 国丽 漆 星
合肥 工 业 大学 （ ３ ０ ９） ２００

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。

３ Ｕ ｒ ｏ ＝ ３ Ｓ ｎ Ｅ 一 （ Ｓ ｓ ｂ ＋ ｓ ） ｕ ｄ ｃ
参考文献
（ １ 】乐 健 ． 姜齐荣 ． 韩英铎 ． 基 于统一数 学模
型 的三相 四线有 源 电力滤 波器的电流滞环
是 四桥 臂的拓补 结构 中 Ｎ桥 臂输 出能力 的二
分之 一，在对 中线 电流 的补偿能力方面 ，三桥 臂拓补结构也 比四桥臂拓补结构稍弱些。
结构 分析 。而对 三相 四线并 联的 Ａ Ｐ Ｆ进
能力是最弱的，只有直流电压利 用效率 的二分 ｋ值对 三桥臂 电容 中分拓补 结构的输 出能力 与
晰 时 ，需采用统一的拓补结构 。
三相四线并 联有源 电力滤波 器分析 使 Ａ、Ｂ、ｃ桥臂输 出电流的变化率会降低 很多， 其对对象谐波含量 的补偿性能也会下降 。
ｅ 侧 ，在 图 １ － １中，各 电容值 由下至 上 以 Ｂ、Ｃ桥臂输 出电流变 化率的提 高，这时可 以 Ｃ 、Ｃ 、Ｃ 、ｃ ａ ； 直 流 电 压 的 总 值 是 做 到充分利用直流 电压 。 ＝ ｕ ｄ ，在 进行分 析时 ，假定 直流 电压 的总 ： 整个过程中是不变的；三相三线全桥逆变 ： 由 Ａ、Ｂ、Ｃ桥臂构 成的 ，作为 为单相 半 ｉ 构 的 Ｎ桥 臂，通过接 入 点接入到 直流侧 上，如图 １ ． １中所示 的 Ｊ 点与 Ｋ点。 在 对系 统零序 电压忽 略不计 的情 况下 ，
电力电子 ● Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｓ
三相 四线并联有源 电力滤波器 的性 能分析
文／ 潘 元 鑫
０＋
键词 】数学模型 三相 四线制 并联有源 电 ； 波器 性能分析
０－ 图 卜１ ：三相四线并联有 源电力滤波器的统一拓补结构

三相四线有源电力滤波器的研究的开题报告一、选题背景近年来，随着电子设备的普及和社会经济的发展，电力质量问题受到了越来越多的关注。

电力质量问题主要表现为电压波动、频率变化、谐波失真、闪变、电磁干扰等方面的问题。

其中，谐波问题是电力质量问题中比较常见的一种。

谐波会引起电网的过载问题，在某些情况下还可能会损坏设备，甚至影响到电网的稳定性。

因此，电力谐波控制的研究变得越来越重要。

滤波器的应用是一种有效的解决谐波问题的方法。

滤波器可以通过消除谐波的方式来控制电网的电力质量。

有源电力滤波器是现代电力滤波技术中的一种新型滤波器，它可以实现高效稳定的谐波控制，被广泛应用于电力系统中。

二、研究目的本研究旨在研究三相四线有源电力滤波器的原理、模型与控制策略，实现有源电力滤波器对电力谐波的有效控制，并优化有源电力滤波器的控制方法，提高其滤波效率和性能。

三、研究内容1. 有源电力滤波器的基本原理及结构2. 有源电力滤波器的模型分析及建模方法3. 有源电力滤波器的控制策略研究4. 有源电力滤波器的性能优化研究5. 实验验证与结果分析四、研究计划1. 第一年（1）学习相关电力电子技术，研究有源电力滤波器的基本原理及结构；（2）对有源电力滤波器的模型进行分析，建立相应的数学模型；（3）研究有源电力滤波器的控制策略，包括基于 PI 算法的控制、模型预测控制等；（4）设计并搭建基于 MATLAB 平台的有源电力滤波器仿真系统。

2. 第二年（1）完善有源电力滤波器的控制策略，并进行仿真验证；（2）进行实验验证，并对实验结果进行分析；（3）在实验基础上，对有源电力滤波器的性能进行优化研究。

3. 第三年（1）总结前两年的研究成果，撰写论文；（2）进行论文的修改完善，以及论文的答辩和发表工作。

五、研究意义本研究可以有效解决电力谐波问题，提高电力质量，保障电力系统的稳定性。

同时，优化有源电力滤波器的控制方法，提高其滤波效率和性能，具有较高的实用性。

三相四线并联有源电力滤波器的数字控制1 引言有源电力滤波器是一种动态抑制谐波和补偿无功的新型电力电子装置，补偿性能受系统频率变化、阻抗变化的影响小，是一种很有前途的谐波抑制装置[1, 2] 。

并联型有源电力滤波器的原理是向电网注入大小相等、方向相反的负载谐波以达到补偿目的，其相当于一个受控电流源。

对apf控制设计而言，高精度、实时性的谐波检测以及合理的电流控制方法，直接影响着补偿性能。

传统的模拟控制较复杂，特别是谐波检测需要多个乘法器，硬件成本高，且易受温漂影响，存在着精度低、、抗干扰差以及电路复杂等缺陷。

近年来，基于数字信号处理器、微控制器（mcu）和可编程逻辑器件（pld）等实现的数字化控制在实际系统中受到更多的欢迎[3, 4, 5]。

本文应用dsp芯片tms320f240为核心实现了并联型有源滤波器的谐波检测和控制，详细介绍了数字控制的硬/软件设计。

2 系统构成和工作原理应用于三相四线制系统的并联型有源电力滤波器的主电路结构如图1所示。

拓扑为三桥臂电压源变流器（vsi）+电容中点式，开关器件采用igbt。

系统采用滞环电流控制策略，即将dsp发出的电流指令与实际的补偿器电流作滞环比较，产生pwm开关信号以使补偿电流跟踪电流指令，从而达到动态补偿非线性负载谐波的目的。

图1 三相四线并联型apf主电路结构本文采用基于同步参考坐标系（synchronous reference frame, 简称srf）的谐波检测策略，原理如图2所示。

对三相负载电流进行采样后，先剔除其零序电流分量，再利用dq变换将其变换到与a相电网电压同步旋转的参考坐标系中。

在srf中，基波有功电流分量成为直流量，可利用低通滤波器滤出，即为；而其它高次电流分量则为交变量。

将直流侧电压控制的调节量和相加并经反变换后，得到负载电流中的三相基波电流有功分量。

再与三相负载电流相减，即为三相补偿电流指令图2 基于srf的谐波检测原理，其中包含非线性负载电流中的基波无功分量、谐波分量等。

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。

的谐波和三相不平衡 的治理具有重要意义 。本文针对 பைடு நூலகம்
补偿 电流 ，从而 消除电网中的基波负序 、零 序和谐 波 电流。由于含有 中线 ，在补偿 过程 中 ，Ａ Ｆ产生 的每 Ｐ 相补偿 电路 既包括谐 波电流成分 ，也包括零线电流 成 分。每 一相 的 电流都会 流过直 流侧 电容 Ｃ 和 Ｃ ， 。
有 源 电力滤 波 器 （ Ｐ ）是 谐 波 治理 的有 效 手 ＡＦ 段 。目前关于其理论的研究 比较成熟 ，国 内在实际 中
Ａ Ｆ首先检测被补偿对象 的负载 电流，由指令 电 Ｐ 流运算 电路计算 出其 中的基 波负序 、零序和谐 波电流 成分 ，产生谐波补偿指令 电流 。电流 跟踪控 制电路 控 制 主电路 产生与 上述谐 波电流极性 相反 、大小相等的
也有不少应用 ，但大多集 中在三相三线制… 。但在我
国工厂用 电、民用住宅和城市供 电中三相 四线制系统
广为应用 ，由谐波和零序 电流引起的事故越来越引起 人们 的关 注 ，由于 三相 三线制 Ａ Ｆ不能 滤除 系统 的 Ｐ 零序 电流 ，用 三相 四线制 Ａ Ｆ对三 相 四线制 系统 中 Ｐ
张健 ，徐旭 ，车延博
（ 津 大学 电气与 自动化 工程 学 院 ，天津 ３０７ ） 天 ００ ２
摘要 ：对于不对称三相 四线制 电网系统 中谐 波畸变，可以采用 三相 四线 制有 源电力滤波 器动态地 抑制谐波 和进行 无功 补偿 。本文从理论上分析 了三相 四线制并联 型有 源电力 滤波器的工作原理 、主电路结 构 、数学模 型及补偿控 制方法 ，并运
用 ＭＡ Ｌ Ｂ仿真 软件对其 进行 了仿 真。 ＴＡ 关键词 ：三相 四线制 ；有源 电力滤波器 ；谐波检测 ；仿真
中图分类号 ：Ｔ ７ ３＋． Ｎ１ ８ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１０ — ８ １ （０ ８ ０ １ ３ ８ ２ ０ ）２—１３— ６ ２

i
did dt
-Lωiq+vnd
i
i
i
iiiiuq=Riq+L
i
diq dt
+Lωid+vnq
i
i
i i
iiiiu0=4(Ri0+L
i
di0 dt
)+vn0
（8）
***
APF的控制结构图如图4所示。图4中，vd、vq、vo由
式（8）可得：
i*
iiivd=-v′d+(Lωiq+ud)
i
ii *
iivq=-v′q+(-Lωid+uq)
∑
姨 ∑ ∑iຫໍສະໝຸດ =- ∑∑%∑
∑q
∑
∑
3 2
∞
［Ik+cos(kωt-ωt+θik+)+
k=1
∑
∑ ∑ ∑
Ik-cos(kωt-ωt+θik-)］
经过低通滤波器LPF，获得直流分量为：
（3）
姨 ∑
∑
%
i = ∑
∑ ∑
d
∑∑
3 2
I1+sinθi1+
∑
∑
姨 ∑
%
i =- ∑
∑ ∑∑
q
∑
3 2
I1+cosθi1+
i i
i*
iiiv0=-v′0+(u0)
（9）
式（9）中括号部分则构成前馈电压，完成电压解
***
***
耦。vd、vq、v0进行坐标反变换，得van、vbn、vcn作为主电路
交流侧电压参考输入值。
2 仿真结果

without PI control
图 5 未加 PI 控制电容电压曲线 Fig． 5 Capacitor voltage curve without PI control
图 6 所示负载侧的谐波电流被三相桥补偿，即三 相逆变桥整流运行时，同样也能补偿谐波，但从图 7 和图 8 中可以看到网侧基波含量要比负载基波含量 大很多，即电网向电容注入有功功率。 4． 2 直流侧电容电压加 PI 控制运行方式
block diagram of capacitor
在 Δt 时刻内，有：
∫0
Δt
Pdt
=
1 2
C( VC
+
ΔVC ) 2
－
1 2
CV2C
（ 1）
其中 P = 3Va ΔIa1 。 对式（ 1） 线性化处理得：
CVC
ΔVC Δt
=
3Va ΔIa1
Δt → 0 时，有：
CVC0
dVC dt
= 3Va ΔIa1
图 7 未加 PI 控制负载电流各频率含量 Fig． 7 Each frequency content of load current
without PI control
图 8 未加 PI 控制网侧电流各频率含量 Fig． 8 Each frequency content of grid current
状下降至 280V 左右，此时由于电容电压值已小于三
相电 源 电 压 值，三 相 逆 变 桥 整 流 运 行，电 网 向 电 容
充电。
图 6 未加 PI 控制负载电流及网侧电流曲线 Fig． 6 Load current and grid current curve without PI control

试简述并联型有源电力滤波器的基本原理。

与传统的LC调谐滤波器相比，有源电力滤波器有哪些更优越的性能？并联型有源电力滤波器（Parallel Active Power Filter，PAPF）是一种用于去除电力系统中谐波和其他污染物的滤波器。

它通过采用有源功率电子器件（如IGBT）和控制策略，以主动方式将电流注入电网，从而实现滤波和谐波抑制的功能。

PAPF的基本原理如下：1.检测电网电流，分析和提取电网中的谐波成分。

2.通过控制有源功率电子器件（如IGBT）的开关状态和电流注入方式，产生与谐波相反的相位和幅值的电流，以实现谐波控制。

3.将控制产生的电流注入电网，并与电网中的谐波电流相互抵消，从而实现谐波抑制和滤波的效果。

与传统的LC调谐滤波器相比，有源电力滤波器（PAPF）具有以下更优越的性能：1.更高的响应速度：有源电力滤波器采用有源功率电子器件和先进的控制策略，在短时间内能够快速而准确地对谐波进行控制，从而具有更快的响应速度。

2.更高的泛频带抑制：有源电力滤波器能够在大范围内对电网中各种频率的谐波进行抑制，并且不受网络频率波动的影响。

相比之下，传统的LC调谐滤波器只能在特定频率范围内进行滤波。

3.更大的容量范围：有源电力滤波器可以根据实际需要进行容量的扩展，以适应不同电网的需求。

而传统的LC调谐滤波器容量固定，不易进行扩展和调整。

4.更好的适应性：有源电力滤波器可以通过调整控制策略和参数，适应不同电网条件和负载特性。

传统的LC调谐滤波器需要进行频率调谐和重新匹配，不太灵活。

综上所述，与传统的LC调谐滤波器相比，有源电力滤波器具有更高的响应速度、更广泛的频带抑制能力、更大的容量范围和更好的适应性。

这使得有源电力滤波器成为电力系统中滤波和谐波抑制的首选技术，并在电力质量改善和谐波控制方面得到广泛应用。

摘 要随着电力电子装置大量的应用到生产生活当中，它们使电能的转换应用变得更加容易，但同时也给电力系统带来了严重的谐波污染。

目前，并联有源电力滤波器(shunt active power filter ，SAPF)已成为无功和谐波动态补偿的有效手段之一。

在三相四线制电力系统中除了无功和谐波需要治理，负载不平衡问题也变得日益突出，因此，本文研究与设计适用于三相四线制下的SAPF 来解决这些问题。

针对三相四线制SAPF 谐波电流检测问题，本文详细的推导基于瞬时无功理论的q p i i -算法，论证它无需改进即可直接应用到三相四线制系统里；选择了滞环比较法作为补偿电流的控制策略；采用了三桥臂变流器作为SAPF 的主电路。

文章的最后，利用 MATLAB/Simulink 软件，搭建了仿真平台，对主电路出线电感参数和软启动方案进行单独仿真分析，证明电感值参数选择的合理和软启动方案可行。

对 SAPF 和所要补偿的系统进行了整体仿真，结果证明在所选参数下，能够对平衡和不平衡非线性负载所带来的谐波有很好的动态补偿效果，对不平衡负载有很好的平衡作用；进而也说明检测方法正确，控制策略得当。

关键词 谐波动态补偿；并联有源电力滤波器；三相四线制；q p i i -算法 MATLAB/SimulinkAbstractWith extensive application of power electronic devices in production and life,they make power energy conversion and application easily, but also lead to the serious harmonic pollution in the power system. At present, the shunt active power filter (SAPF) has been an effective way to dynamically compensate reactive power and harmonic. In addition to these problems, the load unbalance is more and more serious in three-phase four-wire system, therefore, SAPF applied to three-phase four-wire system is researched and designed to solve these problems in this paper.For the harmonic current detection of SAPF in three-phase four-wire system, the q p i i -algorithm based on the instantaneous reactive theory is detailedly derived, and this algorithm is demonstrated it could be directly applied to three-phase and four-wire system without being improved. Hysteresis-band comparison method is chosen as compensation current control strategy. The three-leg converter which has clear division is adopted as the main circuit.At the end of the paper, the simulation platform is built by use of MATLAB/Simulink software. The output inductance parameter and soft-start scheme are simulated respectively. The results prove that output inductance parameter is reasonable and the soft-start scheme is feasible. Then, the integrated simulation for SAPF and compensation system is carried out. Finally, simulation results show that SAPF has a good compensation characteristic for the harmonic produced by the balance and unbalance nonlinear loads, and balances three-phase loads in three-phase and four-wire system. At the same time, simulation results show that harmonic detection method is correct and the control strategy is proper.Keywords ：harmonic dynamic compension ； shunt active power filter ；three-phase four-wire system ；q p i i -algorithm ；MATLAB/Simulink第一章 绪论 (5)1.1 谐波概述及其危害 (5)1.2 谐波抑制强 (6)1.2.1 无源电力滤波器 (6)1.2.2有源电力滤波器 (6)1.2.3 混合型有源电力滤波器 (8)1.3 有源电力滤波器的发展和应用 (9)1.3.1 有源电力滤波器的发展 (9)1.3.2 有源电力滤波器的应用 (9)1.4 本文的研究的意义和内容设置及主要任务 (10)第二章 三相电路谐波及无功电流的检测 (11)2.1 基于瞬时无功功率理论的电流检测方法 (11)2.1.1 瞬时无功理论原始定义及发展 (11)2. 1. 2 瞬时无功功率理论 (11)2. 1. 3 坐标变换 (16)2.2 三相四线制系统中基于瞬时无功功率理论的检测方法 (17)2.2.1 q p - 法检测电流 (17)2．2．2 q d i i -指令运算方法 (17)2.3 谐波分量的处理 (18)2.3.1 对基波零序分量的处理 (18)2.3.2 对基波负序分量和高次谐波分量的处理 (19)2.4 q p -运算方式和q p i i -运算方式的优缺点 (19)第三章 并联型三相四线制补偿电流发生电路方案选择 (20)3.1 三相四线制系统APF 主电路形式和结构选择设计 (20)3.1.1 四相变流器结构形式 (21)3.1.2 三相变流器结构 (21)3. 2 三相四线并联型有源电力滤波器主电路的参数选择 (22)3. 2. 1主电路容量的确定 (22)3. 2. 2 系统开关频率 (22)3. 2. 3电容总电压的选择 (23)3. 2. 4 电容选择准则和参数选择 (24)3. 2. 5 交流进线电感选择准则和参数选择 (25)3.3 电流跟踪控制电路 (26)3.3.1 三角波比较方式 (26)3.3.2 三角波比较方式 (27)第四章仿真 (28)4.1三相四线制不平衡负载的谐波源设计 (28)4.2 谐波电流检测环节的设计 (30)4. 2. 1低通滤波器构成原理 (31)4.2.2 检测 (33)4.3 PWM信号发生模块的建立 (35)4.4 仿真模型的整体结构 (37)4.5 本章小结 (37)第六章结论及展望 (38)6.1本文的主要研究成果及完成的主要工作 (38)致谢 (39)参考文献 (40)第一章绪论从上世纪20至30年代，人们已经注意到了由静止汞弧变流器弓I起的电网电压和电流的畸变问题。

三相四线制有源电力滤波器软硬件系统的设计教程来源：赛尔电气应用作者：杨林孙国凯点击：563次时间：2018-5-11 11:27:31 随着国民经济的迅速发展，电力系统中非线性、冲击性和单相负载都大量增加，由此产生的谐波、无功功率和三相不平衡等问题给电力系统和用户造成了严重的影响。

目前，用电单位也对电能质量和供电可靠性提出了更高要求，改善电能质量已成为社会发展的必然要求。

因此，在电力系统运行中，研究怎样进行谐波污染抑制和无功功率补偿，来改善电能质量、提高功率因数和减少电能损耗已成为电力系统中的一个重要研究课题。

本文正是针对大量存在的三相四线制系统而进行设计的高性能动态补偿装置，并联型三相四线制有源电力滤波器(APF>，它能对大小和频率都变化的谐波和无功进行快速补偿，能有效克服无源补偿装置的不足，是一种很有前途的补偿装置。

本文首先介绍了并联型APF的系统结构和工作原理，然后讨论了基于DSP+CPLD的全数字化控制系统的实现方案，并对该控制系统的硬件电路和软件系统设计进行了研究，最后给出了实验波形，验证了控制策略的有效性。

1 并联有源滤波器的系统结构及工作原理有源电力滤波器主要由主电路，信号检测电路，DSP+CPLD控制系统，驱动电路和键盘显示部分等组成。

三相四线制有源电力滤波器有两种不同的主电路结构及其控制方法[1]，即3桥臂PWM变流器和4桥臂PWM变流器，从经济成本角度考虑，本文采用3桥臂PWM变流器方案。

本文设计的并联型APF的系统结构图如图1所示，主电路采用三相电压源型逆变器结构，逆变器输出端经滤波电感与电网相接。

负载为污染源,产生谐波、无功及三相不平衡电流等有害分量。

控制系统包括检测环节，指令电流运算环节、补偿电流跟踪控制环节、直流侧电压控制环节和驱动保护环节等。

有源滤波器的基本工作原理是：首先互感器(TV 、TA>检测补偿对象的电压和电流信号，然后经过转换处理后送给控制系统计算出补偿电流的指令信号，该信号经补偿电流发生电路放大，输出补偿电流，从而使补偿电流与被补偿对象的谐波、无功、负序等有害电流分量相互抵消，最终得到期望的正弦电源电流。

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）。

称 正 弦 电流 。
关键 词 ： 联 有 源 滤 波 器 ； 波 ； 率 因素 并 谐 功 中 图 分类 号 ： Ｎ １ ． Ｔ ７３ ８ 文 献 标识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ： ６ １ ５ ４ ２ １ ）６ ０ ４ ２ １ ７ —２ ４ （ ０ ０ ０ —０ ４ —０
在 现 代 工 业 技 术 高 度 发 达 的 今 天 ， 力 系 统 电
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４ ４
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并 联 型 有 源 滤 波 器 的基 本 工 作 原 理
技 术 ， 个装 置 就 可 以 同 时 实 现 消谐 和无 功 补偿 整 功 能 。 在 图 ２中 ， 电 网 提 供 的 电 流 ； 为 负 载 ｉ为 ｉ
谐 波抵 消掉 ， 之 不 回流入 系统 。 上述 分 析 可 以 使 经
１ 有 源 滤 波 器 的 结 构
有 源 滤 波 器 由 电 流 谐 波 分 量 检 测 部 分 、 流 电 谐 波 风 凉 控 制 电 路 部 分 、 冲 宽 度 调 制 （ ｕｓ 脉 ｐｌ ｅ ｗ ｄｈｍｏ ｕａｉｎ Ｐ Ｍ ） 变 器 部 分 、 入 变 压 ｉｔ ｄ ｌｔ ， Ｗ ｏ 逆 注 器 构 成 的输 出 部 分 和 由 直 流 电 抗 器 构 成 的 直 流 电 源 部 分 等 ５部 分 组 成 （ 图 １ 。有 源 滤 波 器 在 结 见 ） 构 上 采 用 了 具 有 自 动 换 流 能 力 的 可 关 断 晶 闸 管
注入 到供 电线路 。脉 冲宽度调 制逆 变器 同时兼有
向 直 流 电抗 器 （ 电 容 器 ） 供 电 能 的 功 能 ， 个 或 提 这
过程 直接受 高次谐 波 电流补偿 量检 测及 其控 制 电 路 的控制Ⅲ 。
真， 成为 主要 的谐 波 源 。 民用 和 商业 用 电 占城 市 用 电的 比例 较 大 ， 中数 量 庞 大 的 电 冰 箱 、 其 电视 机、 电扇 、 衣机 、 算 机 和 空 调 等家 用 电器产 生 洗 计