串联和并联电力滤波器的基本原理

湘潭大学《电力电子》课程设计报告题目：三相并联型有源电力滤波器的设计学院：信息工程学院班级：11级自动化二班******学号：**********指导教师：***完成日期：2014 年07月02日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。

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。

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MATLAB2010b/SIMULNIK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；仿真第一章谐波概述1.1谐波产生的原因：电网中的谐波主要是由各种大量电力和用电变流设备以及其它非线性负载产生。

当正弦基波电压(当电源阻抗为零阻抗时)施加于非线性负荷时，负荷吸收的电流与施加的电压波形不同，畸变的电流影响电流回路中的配电设施。

系统中的主要谐波源可分为两大类:①含半导体非线性元件的谐波源；②含电弧和铁磁非线性设备的谐波源。

所有这些都使得电力系统的电压、电流波形发生畸变，从而产生高次谐波。

1.2谐波对电网的危害理想的公用电网所提供的电压应该是单一而固定的频率以及规定的电压幅值。

谐波电流和谐波电压的出现，对电力系统的环境造成污染，影响系统的电气环境。

谐波污染对电力设备的危害是严重的，近三四十年来，各种电力电子装置的迅速普及使得公用电网的谐波污染日趋严重，谐波危害加重。

综合来说，谐波对电网及其它系统的影响大致有以下几种：1)谐波使公用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。

配电电力滤波器工作原理
电力滤波器是一种用于净化电力信号的设备，其工作原理是通过消除电力系统中的谐波和其他干扰信号，从而提高电力系统的质量和稳定性。

电力系统中的谐波是由非线性负载设备（如变频器、整流器等）引起的，会导致电压和电流的失真，影响电力系统的正常运行。

电力滤波器的工作原理可以分为以下几个方面：
1. 滤波原理，电力滤波器通过使用电容器、电感器和电阻器等元件，构成滤波电路，对电力系统中的谐波进行滤除。

电容器可以对高频谐波进行滤波，而电感器则可以对低频谐波进行滤波，从而有效地净化电力信号。

2. 谐波消除，电力滤波器可以检测电力系统中的谐波成分，并产生相同大小、反向相位的谐波信号，通过与原始谐波信号相消，从而使谐波得到抑制和消除。

3. 压制电磁干扰，除了谐波滤波外，电力滤波器还可以通过抑制电磁干扰信号，提高电力系统的抗干扰能力，保证电力系统的稳定性和可靠性。

4. 调整功率因数，部分电力滤波器还可以用于调整电力系统的功率因数，提高系统的能效和稳定性。

总的来说，电力滤波器的工作原理是通过滤波、消除谐波和抑制干扰等方式，提高电力系统的质量，保证电力设备的正常运行和延长设备的使用寿命。

希望这些信息能够对你有所帮助。

滤波器原理滤波器是一种选频装置，可以使信号中特定的频率成分通过，而极大地衰减其它频率成分。

在测试装置中，利用滤波器的这种选频作用，可以滤除干扰噪声或进行频谱分析。

广义地讲，任何一种信息传输的通道（媒质）都可视为是一种滤波器。

因为，任何装置的响应特性都是激励频率的函数，都可用频域函数描述其传输特性。

因此，构成测试系统的任何一个环节，诸如机械系统、电气网络、仪器仪表甚至连接导线等等，都将在一定频率范围内，按其频域特性，对所通过的信号进行变换与处理。

本文所述内容属于模拟滤波范围。

主要介绍模拟滤波器原理、种类、数学模型、主要参数、ＲＣ滤波器设计。

尽管数字滤波技术已得到广泛应用，但模拟滤波在自动检测、自动控制以及电子测量仪器中仍被广泛应用。

带通滤波器二、滤波器分类⒈根据滤波器的选频作用分类⑴低通滤波器从0～f2频率之间，幅频特性平直，它可以使信号中低于f2的频率成分几乎不受衰减地通过，而高于f2的频率成分受到极大地衰减。

⑵高通滤波器与低通滤波相反，从频率f1～∞，其幅频特性平直。

它使信号中高于f1的频率成分几乎不受衰减地通过，而低于f1的频率成分将受到极大地衰减。

⑶带通滤波器它的通频带在f1～f2之间。

它使信号中高于f1而低于f2的频率成分可以不受衰减地通过，而其它成分受到衰减。

⑷带阻滤波器与带通滤波相反，阻带在频率f1～f2之间。

它使信号中高于f1而低于f2的频率成分受到衰减，其余频率成分的信号几乎不受衰减地通过。

低通滤波器和高通滤波器是滤波器的两种最基本的形式，其它的滤波器都可以分解为这两种类型的滤波器，例如：低通滤波器与高通滤波器的串联为带通滤波器，低通滤波器与高通滤波器的并联为带阻滤波器。

低通滤波器与高通滤波器的串联低通滤波器与高通滤波器的并联⒉根据“最佳逼近特性”标准分类⑴巴特沃斯滤波器从幅频特性提出要求，而不考虑相频特性。

巴特沃斯滤波器具有最大平坦幅度特性，其幅频响应表达式为：⑵切比雪夫滤波器切贝雪夫滤波器也是从幅频特性方面提出逼近要求的，其幅频响应表达式为：ε是决定通带波纹大小的系数，波纹的产生是由于实际滤波网络中含有电抗元件；T n是第一类切贝雪夫多项式。

三相四线制有源电力滤波器的控制方法研究摘 要：并联型电力有源滤波器是 一种应用广泛的谐波抑制和无功补偿装置。

本文采用基于时域变换的谐波电流检测算法(TTA),并将滑动平均值滤波应用于该算法中。

通过建立仿真模型，对 TTA 和ip-iq 法谐波电流的检测效果及有源滤波器系统的控制进行了仿真分析。

结果表明采用滑动均值滤波的TTA 算法能够快速、准确地检测出谐波和无功电流。

关键词：三相四线;有源电力滤波器;谐波检测;滑动平均值滤波1.引言在低压配电网中广泛采用了三相四线制系统。

由于各种电能变换装置的应用以及中性线的存在，零序电流在中性线上相互叠加，会使得中性点偏移，三相 电流不对称，也会导致中线电流大大超过它的额定值，造成中线故障;另一方面使得变压器过热，导致绝缘破坏，同时还会造成中线对地电势的提升。

有源电力滤波 器(Active Power Filter，APF)因为能够根据不同的目的实现灵活的动态补偿且不容易和电网阻抗发生谐振，在三相四线制系统中已经得到了广泛的应用谐波及无功电流的 检测和补偿电流的控制都是有源滤波器应用中的关键技术，检测算法中使用的低通滤波器又是影响检测精度与速率的关键因素。

传统谐波检测多采取使用普通低通滤 波器(LPF)的ip-iq 法，但是其计算量较大，稳态精度和动态性能不够理想。

本文采用基于时域变换的谐波电流检测算法(Time-domain based Transform Algorithm，TTA)【1】，并将滑动平均值滤波技术应用到该算法中，可以有效地改善谐波检测的动、稳态性能。

补偿电流的控制采用滞环比较法，该 方法原理简单，响应速度快，且不含有特定频率谐波分量。

2.谐波及无功电流检测原理将负载电流通过计算得到期望的基波正序有功电流，再与负载电流相减取反，即可得到谐波和无功电流。

基于这种思想，目前谐波和无功的检测主要有以下几种方法【2】：(1)采用模拟滤波器的谐波检测方法;(2)基于傅立叶变换的谐波检测方法;(3)基于小波分析的谐波检测方法;(4)基于神经网络的谐波检测方法;(5)基于瞬时无功功率理论的谐波检测方法;(6)基于时域变换的谐波电流检测法。

串联型APF拓扑结构通过耦合变压器与电网系统串联连接。

它主要用来补偿由电压型谐波源产生的电压形谐波。

串联型APF的原理是通过调节网侧谐波阻抗来抑制谐波，可有效防止电网系统阻抗与负载阻抗之间可能发生的谐振，提高电网的稳定性。

串联型APF有两种基本的控制方式，一种是谐波电压控制谐波电压源(VCVS)，另一种是谐波电流控制谐波电压源(CCVS)。

它一般等效为电压受控源，实时跟踪电网中的谐波电压，产生大小相等、方向相反的谐波电压并注入电网中，使电网电压中仅含有频率为50Hz的正弦波形。

然而，串联型APF在实际应用过程中存在一些限制。

首先，它对主电路的要求较高，容量较大，损耗也较大，参数设计较为困难。

其次，串联型APF的各种保护电路与投切相对复杂，且其投切和发生故障后退出较为麻烦。

此外，串联型APF主要用于补偿谐波电压，而并联型APF主要用于补偿谐波电流。

为了综合并联型APF和串联型APF的优点并解决电能质量问题，一种新型串-并联结构的有源滤波器出现了，这种装置被称为统一电能质量调节器（Unified Power Quality Conditioner，简称UPQC）。

这种混合APF具有并联部分和串联部分，它们具有不同的分工，其中并联部分负责对电网电流谐波及无功进行补偿，而串联部分则起到对电网电压谐波进行补偿、电压波动和闪变的调节等作用。

然而，混合型APF也存在一些问题，如成本高、控制难度大等。

总的来说，串联型APF拓扑结构在电力系统中具有一定的应用价值，但也存在一些限制和挑战。

在实际应用中，需要根据具体需求和条件选择合适的滤波器类型和拓扑结构。

串联型APF拓扑结构通过以下步骤补偿电压型谐波：首先，串联型APF会检测电网中的谐波电压。

这通常是通过特定的检测算法实现的，这些算法能够准确地识别出电网电压中的谐波成分。

然后，串联型APF会根据检测到的谐波电压生成一个反向的、大小相等的谐波电压。

这个反向的谐波电压被注入到电网中，以抵消原有的谐波电压。

电路基础原理电感的串并联组合电感是电路中常用的一种元件，广泛应用于各种电子设备中。

了解电感的串并联组合原理，对于正确设计和分析电路至关重要。

一、电感的基本原理电感是一种储能元件，通过电磁感应的作用将电能转化为磁能储存在其中。

它由线圈组成，当通过电流时，会产生磁场。

根据法拉第电磁感应定律，当磁场发生变化时，会在线圈中产生电动势。

因此，电感对电流的变化具有一定的阻碍作用，提供了电流变化的缓冲效果。

二、电感的串联组合电感的串联组合是指将多个电感串联连接在一起。

在串联电路中，电流在各个电感之间保持不变，而总电感等于各个电感的代数和。

这样可以调整电路的感应能力，使得电感的数值增加，提高了电磁现象的作用效果。

在实际应用中，串联电感常用于交流电源，以抑制电源噪声和滤波器中。

例如，在电子设备的电源输入端加入多个串联电感，可以消除干扰和杂音，提供稳定的电力供应。

三、电感的并联组合电感的并联组合是指将多个电感并联连接在一起。

在并联电路中，各个电感之间具有相同电压，而总电感等于各个电感的倒数之和的倒数。

并联组合可以改变电路的感应能力，使得电感的数值减小，降低了电磁现象的作用效果。

在实际应用中，并联电感常用于谐振电路和滤波器中。

例如，在无线通信领域中，当需要传输特定频率的信号时，可以使用并联电感来实现谐振，提高信号传输的效率。

四、电感的串并联组合应用电感的串并联组合在实际电路设计中经常被使用。

通过合理的组合方式，可以满足不同电路的要求。

例如，在交流电源的滤波电路中，可以将串联电感和并联电感结合在一起。

串联电感用于消除高频噪声，而并联电感用于增强低频信号。

此外，在变频器、电感电流限制器等电子设备中，也常用到电感的串并联组合，以实现电路的稳定工作和提高性能。

总结：电感的串并联组合在电路设计中起着重要的作用。

通过串联和并联的方式，可以调整电路的感应能力，提高电路的稳定性和性能。

掌握电感的串并联组合原理，对于电子工程师和电路设计人员来说，是必备的基础知识。

电力电子技术中的谐振现象及其应对措施谐振现象是电力电子技术中一个重要而常见的问题。

它在电路中产生的能量交换和频率匹配不良等因素，可能会对电路的正常工作产生不利影响。

因此，了解谐振现象的原理以及采取相应的应对措施是至关重要的。

本文将着重探讨电力电子技术中的谐振现象，并提出一些常见的应对策略。

一、谐振现象的原理谐振是指在振动或波动过程中的频率匹配现象。

在电力电子技术中，谐振现象通常是由电路中的电感、电容以及瞬态过程等因素引起的。

当电感和电容元件在电路中相互作用时，可能会出现谐振频率，从而导致谐振现象的产生。

谐振现象可分为串联谐振和并联谐振两种形式。

串联谐振是指电感和电容串联在一起，共同组成了一个谐振回路。

在谐振频率下，电路中的电感和电容将出现谐振现象，使得电路的电压和电流幅值异常增大，并可能导致电路的失效。

而并联谐振则是电感和电容并联在一起，共同形成谐振回路。

对于并联谐振情况，谐振时电路中的电流将异常增大，同样也可能对电路造成损坏。

二、电力电子技术中的谐振应对措施为了有效应对电力电子技术中产生的谐振现象，工程师在设计和实施电路时需要考虑以下几种常见的应对措施：1. 调整电路参数：根据电路的需求，可以通过调整电路的参数来改变谐振频率。

例如，通过增大或减小电感和电容的数值，可以使谐振频率发生相应的变化，以达到避开原有谐振频率的目的。

2. 添加衰减器：在一些谐振频率无法通过调整电路参数来解决的情况下，可以考虑采用衰减器来消除谐振现象。

衰减器通常由电阻、电感、电容等元件组成，通过向电路引入合适的耗散元件来消耗谐振回路中的能量，从而有效避免谐振现象的发生。

3. 使用滤波器：在电力电子技术中，滤波器常常被用于去除谐振频率的干扰。

滤波器可以通过选择合适的频率响应特性，如低通滤波器、带通滤波器等，来抑制和削弱谐振频率的干扰信号，从而提高电路的稳定性和抗干扰能力。

4. 隔离谐振回路：在一些情况下，串联谐振回路或并联谐振回路可能带来不可避免的谐振问题。

电力滤波技术简介随着大量电力电子装置在电网的投入运行，谐波已被公认为电力系统的“污染”和“公害”，谐波问题以及谐波的治理问题随着电力系统的发展愈来愈引起广泛的关注。

目前谐波治理的方法主要有无源滤波技术和有源滤波技术两种。

一、有源滤波器与无源滤波器有源电力滤波器（APF）是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置，它能够对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿，之所以称为有源，顾名思义该装置需要提供电源，其应用可克服LC滤波器等传统的谐波抑制和无功补偿方法的缺点（传统的只能固定补偿），实现了动态跟踪补偿，而且可以既补谐波又补无功；三相电路瞬时无功功率理论是APF发展的主要基础理论；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。

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！目前有源滤波器能滤到50次谐波; 无源滤波器只能针对3，5，7，9等几次谐波。

无源滤波装置是目前应用最为广泛的谐波抑制手段，它是按照希望抑制的谐波次数专门量身制造的，采用电感、电容的调谐原理，将谐波陷落在滤波器中，以减少对电网的注入。

无源滤波装置结构简单，成本较低，技术已比较成熟，但是也存在着难以克服的缺陷：1、滤波特性受系统参数的影响较大，极易与系统或者其它滤波支路发生串并联谐振。

2、只能消除特定的几次谐波，而对其他的某次谐波则会产生放大作用3、滤波、无功补偿、调压等要求之间有时难以协调4、谐波电流增大时，滤波器负担随之加重，可能造成滤波器过载，甚至损坏设备。

5、有效材料消耗多，体积大有源滤波技术作为一种新型的谐波治理技术，是消除谐波污染、提高电能质量的有效工具，与无源滤波技术相比，有着无可比拟的优势，主要表现在以下几个方面。

1、实现了动态补偿，可对频率和大小均变化的无功功率进行补偿，对补偿对象的变化有极快的响应速度；2、有源滤波装置是一个高阻抗电流源，它的接入对系统阻抗不会产生影响，因此此类装置适合系列化，规模化生产；3、当电网结构发生变化时装置受电网阻抗的影响不大，不存在与电网阻抗发生谐振的危险，同时能抑制串并联谐振4、补偿无功功率时不需要储能元件，补偿谐波时所需要的储能元件不大5、用同一台装置可同时补偿多次谐波电流和非整数倍次的谐波电流，既可以对一个谐波和无功源进行单独补偿，也可对多个谐波和无功源进行集中补偿6、当线路中的谐波电流突然增大时有源滤波器不会发生过载，并且能正常发挥作用，不需要与系统断开7、装置可以仅输出所需要补偿的高次谐波电流，不输出基波无功功率，不但减小了有源滤波器的总容量，还可以避免轻负荷时发生无功倒送现象。