三相三线制并联有源电力滤波器仿真分析

三相三线并联型有源电力滤波器的研究三相三线并联型有源电力滤波器的研究摘要：本文针对电力系统中普遍存在的电力质量问题，特别是电网谐波污染、电气压缩机和大功率变流器等设备引起的无功功率问题，提出了一种基于三相三线并联型有源电力滤波器的解决方案。

通过对系统中电源电压进行监测，有源电力滤波器可以主动耦合反馈控制引入的电流来实现无功功率的补偿和谐波的抑制，从而有效地改善电力系统的质量。

1. 引言电力质量问题指的是电能的某些特性不符合各种电气设备的要求，导致电气设备的失效或工作不稳定。

电力质量问题主要包括电网谐波污染、电气压缩机和大功率变流器等设备引起的无功功率问题。

这些问题不仅会对电力系统的正常运行造成不良影响，还会损害电力设备的寿命。

因此，解决电力质量问题是电力系统研究的重要议题之一。

2. 有源电力滤波器的原理有源电力滤波器是一种利用逆变器和控制算法来消除电力系统谐波和补偿无功功率的设备。

它通过电源电压的监测，实时计算电网的谐波电流和无功功率补偿值，并通过控制逆变器中的开关管实现有源滤波和补偿。

由于有源电力滤波器可以主动控制电流的引入，因此可以实现谐波的有效抑制和无功功率的补偿。

3. 三相三线并联型有源电力滤波器结构三相三线并联型有源电力滤波器由逆变器、滤波器和控制系统组成。

其中，逆变器是实现电流控制的核心部件，滤波器则用于抑制谐波，控制系统则实现对电流和功率的实时监测和控制。

逆变器采用了先进的PWM调制技术，能够根据控制算法实时计算需要引入的电流，通过调整开关管的导通和截止时间，控制电流的幅值和相位。

滤波器由谐波滤波电路和无功功率补偿电路组成，可以同时对电网中的谐波电流进行抑制和无功功率进行补偿。

控制系统采用了先进的DSP控制器，能够实时监测电源电压、电流和功率，并通过PID控制算法对逆变器进行控制。

4. 仿真结果与分析通过Matlab/Simulink软件对三相三线并联型有源电力滤波器进行了仿真。

结果表明，在电力系统谐波污染问题严重的情况下，有源电力滤波器能够有效地抑制谐波，并实现无功功率的补偿。

三相三线制并联型有源电力滤波器的设计与研究摘要随着现代工业技术的发展，电力系统中非线性负荷大量增加。

各种非线性和时性电子装置大规模地应用，造成电能质量恶化。

电力有源滤波器以其优越的补偿性能，已成为电力电子技术领域的研究热点之一。

而其中并联型有源电力滤波器过去和将来都将占据重要地位。

本文重点研究三相三线制并联电压型有源电力滤波器。

有源电力滤波器的两大关键技术是谐波与无功电流的检测和补偿电流控制。

实时、准确地检测出电网中瞬态变化的谐波与无功电流是有源电力滤波器进行精确补偿的前提。

目前有多种谐波与无功电流检测方法，其中，基于瞬时无功功率理论的检测法是三相系统中应用最为广泛的一种方法，包括适用于对称无畸变电网的p-q法及适用于不对称有畸变电网的ip-iq法和d-q法。

补偿电流的控制方法是实现有源电力滤波器功能的核心环节，它负责控制有源电力滤波器产生预期的补偿电流。

本文详细分析了并联型有源电力滤波器的控制策略，包括补偿电流跟踪控制和直流侧电压控制。

通过分析和比较滞环控制、三角波控制和基于空间矢量的电压控制方法，最后确定补偿电流跟踪控制选用三角波比较控制法和滞环控制方法。

最后,为了验证所提出的检测方法和控制方法的正确性，本论文用MATLAB6.5/SIMULNIK下的电力系统模块Simpowersystems Blockset对整个三相三线制并联电压型有源电力滤波器系统进行了仿真研究。

仿真结果表明本文所设计的滤波器可以很好的滤除谐波，完成抑制谐波的作用。

关键词:有源电力滤波器;谐波与无功电流检测:补偿电流控制;三角波比较和滞环控制；仿真The design and research of Three-phase and three-wire System Shunt Active Power FilterAbstractWith the development of modern industrial technology，a large number of nonlinear loads in power systems to increase. Various nonlinear and time-scale application of electronic devices, caused power quality deterioration . Active power filter with its superior compensation performance. has become one of hot Research focus on power electronics technology area.The thesis mainly considers three-Phases and three-wire system shunt active. power filter. The two key technologies are harmonic and reactive currents detection ,and compensation currents control.Exact and real-time detection of the instantaneous variable harmonic and reactive current in power system is the premise for compensation of active power filter. At present，there are many detection methods concerningharmonic and reactive current，in which，the method based on instantaneous reactive power theory is used widely in three-phase system than others，and it consists of p-q detection method applied to symmetry power system without distortion，ip- iq detection method and d-q detection method applied to asymmetry distortion power System. Control method for compensation current is the key tache to accomplish the various functions of active power filter to establish the anticipative compared current. This paper analyzes the parallel active power filter control strategy, Including the compensation current tracking control and DC voltage control. Through analysis and comparison of hysteresis control, triangular wave control and space vector-based voltage control. Finalize the compensation current tracking control method used and the triangular wave comparison control method of hysteresis control.Finally, to verify the proposed detection method and control method is correct. Under this thesis, the power system with MATLAB6.5/SIMULNIK Simpowersystems Blockset blocks on the whole three-phase three-wire shunt active power filter system voltage conducted a simulation study. Simulation results show that the designed filter can filter out harmonic well, the completion of the role of harmonic suppression.Key word: Active Power Filter; Harmonic and reactive current detection; Compensation current control; Triangular wave comparison and hysteresis control; Simulation第一章电网谐波的实际问题电力系统中三相桥式整流器的使用极为广泛,由此引起的谐波电流也成了人们日益关注的问题。

中国电工技术学会科学技术奖三相三线并联型有源电力滤波器电流控制策略研究彭华良1魏学良2邱先锋1(1．上海追日电气有限公司，上海200062；2．中国石油大学，北京102249)摘要针对传统PI无法实现有源电力滤波器无静差谐波补偿，本文提出了两种输出电流控制策略：PI控制和重复控制并联运行的复合控制技术与指定次数无静差控制技术。

PI控制和重复控制并联运行的复合控制技术利用重复控制对于周期扰动信号无差跟踪的特点来提高有源滤波的稳态精度，PI控制保证有源电力滤波器的动态性能。

指定次数无静差控制技术对单频率谐波进行无静差调节。

仿真与实验结果证明了所提出的两种控制技术的有效性，但其工业现场应用仍需进一步验证。

关键词：PI控制；重复控制；指定次数无静差控制；并联有源电力滤波器；电流补偿C ur r ent C ont r ol St r a t egyR ese ar ch f or T hr ee Phas e T hr ee W i r e Par al l elA ct i ve P ow e r Fi l t er．P Png j j m af砌尹191W色f．X跖Pf施行92Q f M X矗z，毛，叠以91(1．Shan曲ai Sur pass S un E l ec t r i c C o．，L，t d，Shan曲ai200062；2．C hi na U ni V eV s i t y of Pet r ol eum，Bei j i ng l02249)A bs t r act Si n ce n．adi ti onal P I con t r oU ef can not r eaH ze z er0st eady’e盯or ha啪onl c com pen s at l onf or ac t i ve pow er f i l t er’t w o m e m ods，c om pose d cont r ol l e r w i t h P I cont r ol l e r and r e pet i t i ve cont r ol l e rpa r al l e l r unn i ng ar e pr opos ed and spec i f i e d ofder z er o st e ady er r or co nt r o l l er，ar e pr o pos ed．C om po s edcont r ol I e r w i t h PI cont r ol l e r and r e pet i t i V e cont r ol l e r par al l el r unn i ng i m pr oV es s t e a dy per f6r m ancesi nc e f e pet i t i V e cont r ol l e r c an f bl l ow pe r i odi c di s t ur ba nce w i t h z er o st eady—ef‘r or，w hi l e PI cont r ol l e re n s ur es ra pi dl y r es po ndi ng t o b噜change．Speci fi ed order z er o st eady—e r r or t echnol o gy c an r e al i z e z er ost e ady—er r or c ont r ol f or si ngl e f r equ encyham oni c．Si m ul at i on and exper i m ent sh ow t he se t w o m et h odsar e ve哆us ef ul，how eV er t hey s ho ul d be t e st e d i n a ppl i cat i ons of i ndust r y fi el d．K ey w or ds：PI c伽tf ol；嘲)et it iV e cont r ol；spec i f i e d order zer o．e n-or conl f ol；s hunt ac t i V e pow e rfi lt er；c ur r e nt com pens at i ng1引言理想电力系统，电能以单一恒定的工业频率(50H z或60H z)和规定的电压向用户供电。

三相三线制并联型有源电力滤波器的仿真摘要随着分布式发电接入电网，并网逆变器等电力电子设备得到大量使用，谐波的危害日益严重，使电网的供电质量受到影响。

相比于无源滤波方式，有源滤波是一种新型的谐波抑制方法。

有源电力滤波器是一种用于动态抑制谐波的新型电力电子装置，本文以三相电路瞬时无功功率理论为基础检测谐波电流，对三相三线制并联型有源电力滤波器做出了仿真分析，仿真结果表明参数设计合理，可以有效抑制电源电流中的谐波。

关键词谐波；瞬时无功功率；三相三线制；有源电力滤波器；仿真近年来，随着分布式发电接入电网，并网逆变器等电力电子设备得到大量使用，带来的谐波问题日益严重。

有源电力滤波器是一种新型的电力电子装置，它不仅能补偿各次谐波，还可补偿无功，有一机多能的特点，在性价比上较为合理；滤波特性不受系统阻抗的影响，可消除与系统阻抗发生谐振的危险；具有自适应功能，可自动补偿变化着的谐波。

本文基于三相电路瞬时无功功率理论，对三相三线制并联型有源电力滤波器进行了设计与仿真，仿真结果表明参数设计合理，可以有效抑制电源电流中的谐波。

1 基于瞬时无功理论的谐波检测[1]三相电路瞬时无功功率理论突破了传统的以平均值为基础的功率定义，系统地定义了瞬时无功功率、瞬时有功功率等瞬时功率量。

以该理论为基础，可以得出用于有源电力滤波器的谐波电流实时检测方法。

以瞬时无功功率理论为基础的三相电路谐波电流的检测方法如图1所示。

图1 基于瞬时无功理论的三相谐波检测算法图中，、、和、、分别为各相电压和电流的瞬时值，、两相瞬时电压、和、两相瞬时电流、，，，LPF为低通滤波器。

2 三相三线制并联型有源电力滤波器[2-3]补偿谐波时，有源电力滤波器首先检测负载电流的谐波分量，将其反极性后作为补偿电流的指令信号，由补偿电流发生电路产生的补偿电流即与负载电流中的谐波分量大小相等、方向相反，因而两者相互抵消，使得电源电流中只含基波，不含谐波。

上述原理可用如下的一组公式描述：（16）（17）（18）（19）式中—负载电流的基波分量。

并联有源电力滤波器的仿真研究摘要：分析了三相并联型有源电力滤波器的系统结构和工作原理,介绍了改进的指令电流计算方法和主电路的控制策略,在传统方法的基础上增加了直流侧电压稳态控制环节，并由此建立了有源电力滤波器的仿真模型,并在MatLAB /Simulink平台上对该模型进行了仿真。

仿真结果表明谐波计算方法正确,主电路控制策略合理,所设计的有源电力滤波器能够有效地抑制谐波电流,显著提高了电能质量。

关键词：有源电力滤波器谐波谐波电流补偿1、引言随着电力电子技术的快速发展【1】,大量的非线性负载应用于工业生产和民用产品中,与传统的电弧炉、变压器和电焊机等设备一起构成电力系统中最主要的谐波源,使得电力系统的谐波污染日益严重;另一方面,精密仪器、自动控制以及测量仪表等设备则要求在电能质量良好的状况下运行。

因此,对电网谐波污染的治理势在必行。

采用有源电力滤波器(APF)抑制电网谐波,克服了LC无源滤波器易受电网阻抗影响、易与电网系统发生谐振等缺点,被认为是解决电力系统谐波、无功和三相不平衡等问题最有前途的方法之一。

但是有源电力滤波器涉及到的元器件较多而且参数不易确定,控制算法复杂,其主电路和控制电路包含开关器件,理论分析比较困难。

通过仿真研究能够验证相关算法;确定器件参数;了解各个环节的工作特性;指导系统的设计和实验的进行。

因此,对有源电力滤波器进行仿真研究具有非常重要的现实意义。

2.并联有源电力滤波器的工作原理有源电力滤波分为并联有源电力滤波【2】和串联有源电力滤波。

并联有源电力滤波主要对谐波电流和无功电流进行补偿，所以又可称作谐波电流发生器；串联型有源电力滤波主要对谐波电压进行补偿【3】，又可称为谐波电压补偿器。

本文主要介绍并联有源电力滤波器，其系统主要由两大部分组成，即指令电流运算电路和补偿电流发生电路。

原理框图如下图1所示。

图1并联型有源电力滤波系统框图其中，AC为交流电源，非线性负载为谐波源，它产生谐波。

并联型有源电力滤波器的仿真及软件设计的开题报告一、研究背景及意义随着电力质量的要求越来越高，功率电子设备引起的电磁干扰和谐波越来越重要。

为了解决这个问题，有源电力滤波器作为一种有效的方式受到了广泛关注。

有源电力滤波器是一种由电源端的电子开关器和控制电路、滤波元件、并联式逆变器等组成的滤波器，可有效地抑制谐波和其他短时波形干扰。

并联型有源电力滤波器由于其能够实时响应电网的负载需求，因此在工业运行中获得广泛应用。

在现代交流电力系统中，为了满足市场需求，需要开发具有高性能的电力滤波器。

因此，深入研究并联型有源电力滤波器是非常有意义的。

二、研究内容和方法本文将主要研究并联型有源电力滤波器的仿真及软件设计，研究内容包括以下几个方面：1. 建立并联型有源电力滤波器的模型，分析其工作原理、电路结构和参数设计。

2. 借助MATLAB/Simulink软件，建立并联型有源电力滤波器的仿真模型，分析其电路性能、控制策略和参数设置。

3. 借助C语言编程，进行并联型有源电力滤波器的控制器设计，实现滤波器的自适应控制功能。

4. 对仿真结果和实验结果进行对比分析，验证本文设计的并联型有源电力滤波器的控制算法的有效性和可靠性。

重点研究方法包括理论分析、电路仿真、软件和硬件调试等。

三、预期成果和意义通过本文的研究，将得到以下成果：1. 建立了并联型有源电力滤波器的电路模型，并分析了其工作原理和参数设计方法。

2. 借助MATLAB/Simulink软件，建立了并联型有源电力滤波器的仿真模型，验证了其电路性能和控制策略的正确性。

3. 借助C语言编写控制器程序，实现了并联型有源电力滤波器的自适应控制功能。

4. 经过仿真和实验对比验证，本文所提出的并联型有源电力滤波器的控制算法在其抑制谐波性能、稳定性、可靠性等方面有较好的表现。

本文研究的成果对提高工业电力品质，优化电力系统的运行和可靠性，促进工业现代化具有重要的意义。

华中科技大学硕士学位论文三相三线并联型有源电力滤波器设计与控制姓名：耿攀申请学位级别：硕士专业：电力电子与电力传动指导教师：张凯20060429摘要随着电力电子装置在电力系统中的大量应用，电力系统的谐波污染问题日益严重。

谐波会对电力系统产生很多危害，必须予以抑制。

有源电力滤波器（APF）是优化电能质量的一种重要而且先进的手段。

而其中并联型有源电力滤波器过去和将来都将占据重要地位。

并联有源电力滤波器主电路设计是核心环节之一。

本文在三相三线并联型有源电力滤波器数学模型的基础上，通过对采用空间矢量调制的有源电力滤波器的工作过程的研究和分析，揭示了主电路各参数之间的相互关系。

根据瞬态电流跟踪指标的要求推导出并联APF输出电感的估算公式。

基于对电流跟踪误差矢量的度量，推导出针对特定负载的直流侧电容电压临界值表达式。

详细介绍了LCL输出滤波器参数的设计方法。

实时、高精度的谐波检测是有源电力滤波器的重要部分。

针对基于Park变换的d-q 检测方法，对基于该方法的电流检测误差进行了深入分析，包括锁相的相位误差和采样延时，以及低通滤波器对检测误差的影响。

检测谐波电流成分应用了滑窗迭代算法，它能有效地提高系统实时性和目标跟随特性，并具有计算量小和容易工程实现的特点。

为了保证系统的稳定运行，对于直流侧电压闭环控制进行了建模和分析，设计了相关的调节器，并精心设计了一套软启动方案。

电流跟踪控制直接决定了有源电力滤波器的补偿效果。

本文针对并联型APF电流环设计了三种控制方法：即PI控制方法、超前拍控制方法、重复+PI控制方法。

其中重复+PI控制方法是一种输出电流波形控制方法，即用PI环节保证系统的稳定性，同时依靠重复控制器提高输出电流的跟踪精度。

在以上研究的基础上，本文研制了一台三相三线并联型有源电力滤波器装置。

利用此装置本文对上述方法等进行了大量的实验和仿真研究，实验和仿真结果表明本文提出的方法完全适用于并联型有源电力滤波器，确保了有源电力滤波器的补偿性能。

安徽工业大学毕业设计(论文)任务书课题名称三相并联有源滤波器的仿真研究学院电气信息学院专业班级电气工程及其自动化091姓名邓伟学号099064111毕业设计(论文)的主要内容及要求：1.了解电能质量的基本概念，掌握并联型有源电力滤波器基本概念及其基本工作原理。

2.理解并联型有源电力滤波器控制方法的原理，理解瞬时无功功率理论，掌握以此为基础的谐波电流检测方法。

3.熟练应用MATLAB软件，利用其中的Simulink工具箱建立起仿真模型，对并联型有源电力滤波器进行仿真研究。

4.完成5000汉字以上的英文资料的翻译。

5.熟练应用计算机，包括上网查找中、英文参考资料以及计算机编程、仿真等。

6.在理论分析的基础上，建立起仿真模型、进行仿真实验，得出仿真结果（图形或数据），来验证理论分析的正确性。

2013R年 3 月 1 日至2013 年 6 月12 日共15 周指导教师签字系主任签字院长签字摘要随着电力电子技术的发展及电力电子装置的普遍应用，在电力系统中产生了大量的电力谐波，已引起世界各国的广泛关注。

有源电力滤波器（APF）作为一种治理电网谐波行之有效的方法，能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，且补偿效果不受电网阻抗的影响，因而成为谐波抑制的重要趋势。

论文首先介绍了并联型有源电力滤波器的基本结构和原理，进而研究了基于瞬时无功功率理论的三相电路谐波电压检测方法。

接着讨论了PWM变流器的控制方法以及直流侧电容电压的控制策略。

其次，本文对并联型有源电力滤波器一些参数的进行选择。

这些参数的选择很大程度上决定了APF的补偿性能。

在前几章的基础上，最后利用了Matlab/simulink对三相并联型有源电力滤波器进行了系统的建模与仿真。

关键词：并联型有源电力滤波器；谐波检测；三角波控制；直流侧电压控制；ABSTRACTAs the rapid development of power electronics and the common use of the power electronic devices, there are more and more harmonic emerges in power system. All over the world, people become concerning about the power quality issue. Active Power Filter (APF) , as one effective method to correct the power harmonic, can dynamically trace and compensate any harmonic which is varying in frequency and amplitude, while network impedence has no effect on the compensation performance. Therefore, APF becomes an important trend to restrain power harmonic.Firstly, this article introduces the basic principle and structure of shunt APF, then studies a real time detecting method of harmonic voltage for three-phase circuit based on the instantaneous reactive power theory. Then discuss the control scheme of the PWM converter and the DC side voltage is discussed.Secondly,through the researches which have been carried out for shunt active power filter, the selection of the main circuit switching components are discussed detailedly. These parameters have great influences on the steady and dynamic compensation characteristics of shunt APF.Based on the former chapters, chapter 4 completes the modeling and simulation of the three-phase shunt APF using Matlab/Simulink.Key words: shunt APF; harmonic detect method; triangular wave control; DC side voltage control;目录摘要................................................................... ABSTRACT (II)目录 (III)第一章绪论 01.1选题目的及意义 01.1.1电力系统谐波 01.1.2谐波的治理策略 (1)1.2 有源电力滤波器研究现状及发展趋势 (2)1.2.1有源电力滤波器的国内外研究现状 (2)1.2.2有源电力滤波器的发展趋势 (3)1.3本文所做的工作 (4)第二章并联型有源电力滤波器 (5)2.1 有源电力滤波器 (5)2.2有源滤波器的工作原理 (8)2.3主电路结构及其相关参数设计 (9)2.3.1主电路工作原理 (9)2.3.2开关器件的选择 (11)2.3.3主电路容量 (11)2.3.4开关频率与死区时间 (11)2.3.5直流侧储能电容稳定电压 (12)2.3.6储能电容C (12)2.3.7交流侧电感L (12)2.4 本章小结 (13)第三章有源滤波器的谐波电流检测技术 (14)3.1常用的谐波电流检测技术 (14)3.2基于瞬时无功功率理论的ip -iq谐波电流检测法 (15)3.3 PWM控制方式的研究 (18)3.3.1 定时瞬时值比较PWM控制方式 (18)3.3.2 三角波比较PWM控制方式 (19)3.3.3 滞环瞬时值比较方式 (19)3.4本章小结 (20)第四章三相串联型有源电力滤波器的建模与仿真 (21)4.1 Matlab/Simulink仿真软件及其工具箱简介 (21)4.2系统仿真模型的构建 (22)4.3 有源电力滤波器仿真模型设计 (23)4.3.1 谐波源建模 (23)4.3.2 并联型有源电力滤波器建模 (23)4.4 仿真实验及结果分析 (27)4.5 本章小结 (32)第五章总结与展望 (33)5.1论文总结 (33)5.2下一步工作展望 (33)致谢 (34)参考文献 (35)第一章绪论1.1选题目的及意义随着科学技术与现代化建设的发展,电能在现代社会工业生产和日常生活中成为了不可缺少的重要能源之一。