下载文档原格式
混合型有源电力滤波器的设计及研究的开题报告标题：混合型有源电力滤波器的设计及研究摘要：本研究旨在设计一种高性能的混合型有源电力滤波器，并对其进行研究。
通过对传统的电力滤波器进行改进，引入有源元件，达到更为准确和有效的滤波效果。
本文将从理论和实验两个方面出发，分别探讨电力滤波器的设计和优化及其在实际应用中的表现。
通过对不同类型信号的滤波，验证该有源电力滤波器的有效性，以及在不同负载情况下的稳定性。
关键词：混合型有源电力滤波器；滤波效果；稳定性；传统电力滤波器背景：电力滤波器作为电力电子设备中的关键元件，主要用于对电力负载中杂波和谐波进行滤波，以防止对电网和其他电力设备的干扰。
传统电力滤波器使用被动元件，如电感和电容，来实现滤波功能。
但由于其固有的设计缺陷，无法应对复杂的电力负载，同时难以实现高精度的滤波效果。
有源电力滤波器则是一种通过引入有源元件，例如功率放大器，从而优化和提升滤波效果的电力滤波器。
研究目的：本研究旨在设计一种高性能的混合型有源电力滤波器，并通过理论和实验探究其性能和稳定性，并与传统电力滤波器进行对比研究。
研究方法：本文将从三个方面开展研究：混合型有源电力滤波器的设计和优化、滤波效果的理论分析和仿真验证、以及在实际应用中的表现研究。
利用MATLAB等相关软件，对混合型有源电力滤波器的电路组成和参数进行模拟和分析，通过设计电路原理图和PCB电路板，完成滤波器的实际制作。
同时，在实验室和现场测试滤波器的性能和稳定性，以及与传统电力滤波器的对比研究，评估其在不同应用场景下的适应性。
预期结果：通过本研究，预计可以设计出一种性能稳定、滤波效果优良的混合型有源电力滤波器，解决传统电力滤波器存在的一系列问题，具有广泛的应用潜力。
同时，在具体实验和应用过程中，可以验证其在不同负载情况下的稳定性和滤波效果，对于电力负载滤波相关领域的研究和开发也将具有一定的参考和借鉴价值。
混合型有源滤波器的研究【摘要】随着电力电子技术的不断进步以及大功率可关断器件的高速发展,有源电力滤波器(active power filter,apf)在抑制电网中的谐波、补偿供电系统的无功功率等方面得到广泛应用。
本文对混合型有源进行了研究,提出了一种适合工程中应用的大功率混合型有源滤波器,并对该滤波器的参数进行了设计。
【关键词】 apf拓扑结构逆变器1 前言有源滤波器已经被许多国家广泛应用到供电系统中,该类滤波器不但能够对用户自身谐波进行补偿还能够提高整个供电系统的服务质量。
随着研究的深入与需求的提高,有源滤波器正向着谐波补偿次数更高、单机容量更大方向发展以满足日益夸大的供电系统。
目前,制约有源滤波器发展的技术瓶颈主要是开关器件容量低和成本较高,为了克服这两个难题,可以采用有源滤波器和lc无源滤波器结合使用,构成混合型大功率电力滤波器(high-capacity hybrid active power filter)。
在混合型有源滤波器中,可以把谐波补偿的主要任务交给lc无源滤波器完成,同时又兼顾了开关频率高的特点,从而克服开关器件容量低、成本高的特点,平衡了开关频率和容量的矛盾。
本文对混合型有源滤波器的基本原理和拓扑结构进行了研究,提出了一种新型的混合型有源滤波器,仿真实验证明所设计滤波器的谐波补偿效果较好。
2 有源滤波器及其拓扑结构2.1 有源滤波器基本原理以并联型有源滤波器为例对其基本原理介绍。
有源滤波器包括两大部分:指令电流运算电路和补偿电流发生电路,其中补偿电流发生电路又由电流跟踪控制电路、驱动电路和主电路三部分组成。
指令电流运算电路的主要作用是对补偿对象中的谐波和无功电流分量进行检测,得到补偿指令信号,为后续的补偿做准备,补偿电流发生电路根据指令电流运算电路检测得到补偿指令进行电流补偿操作,使得补偿电流和负载中产生的谐波和无功相抵消。
通常选择pwm变流器作为图中的主电路,在补偿电流时作为逆变器使用。
一种新型注入式混合有源电力滤波器丁士启;帅智康;罗安【摘要】As the additional injection type hybrid active power filter（IHAPF）may exist fundamental circulation between the active part and fundamental harmonic branch,a novel topology of injection type hybrid active power filter is proposed to enhance the safety of IHAPF in the paper.Firstly,this paper discusses the principle of fundamental circulation,and proposes a novel topological structure of IHAPF which can improve the safety of system.Secondly,this paper discusses the advantage of the novel structure on harmonic voltage of series resonant subcircuit and harmonic current of parallel resonant subcircuit.Finally,Simulation and experimental results indicate that the structure can effectly solve the problem of great reactive power compensation and harmonic suppression in high voltage system,as well as fundamental circulation suppression in traditional injected circuit structure.Therefore the safe reliability is greatly improved.%针对传统的注入式混合型有源电力滤波器（IHAPF）的有源部分与基波谐振支路间会产生很大基波环流的问题,本文提出了一种新型注入式混合型有源电力滤波器拓扑结构以提高系统的安全性。
基于快速控制模型的混合型电力滤波器设计吴玉辉，刘惠康，陈瑜（武汉科技大学信息科学与工程学院，湖北武汉430081）摘要：为了解决电力系统谐波治理中，数字化控制器设计周期长、投资成本高等问题，在研究传统电力滤波器的基础上设计出了一种快速控制模型。
在传统滤波器结构基础上增加一个有源电力滤波器，同时运用计算机辅助软件Simulink 和TI 公司DSP 开发环境CCS ，对混合型有源电力滤波器进行在线调试，精确地降低了谐波成分。
仿真结果表明，通过滤波器后，电网电压畸变因数降至1.88%（低于IEEE-519-1992标准）。
该装置已在武钢电弧炉35kV 电网运行，运行结果表明该装置可靠性高、滤波效果显著，具有良好的工程应用价值。
关键词：快速控制模型；混合型有源电力滤波器；DSP ；畸变因数；Simulink 中图分类号：TM76文献标识码：A文章编号：1674－6236（2011）02-0100-04Design of the hybrid power filter based on rapid control prototypingWU Yu -hui ，LIU Hui -kang ，CHEN Yu（School of Information Science and Engineering ，Wuhan University of Science and Technology ，Wuhan 430081，China ）Abstract:A kind of rapid control prototyping based on traditional power filter was proposed to decrease the long cycle and high investment of digital controller in the treatment of the power system.It presented the design method of the hybrid active power filter using computer -aided software（Simulink ）and TI DSP development environment（CCS ）that lowered theharmonics precisely.The simulation result showed that the voltage distortion factor dropped to 1.88%（which is lower than the IEEE-519-1992standard ）when the current go through the grid.The device has been carry into execution on the electric arc furnace in 35kV substation in Wuhan Company of iron and steel,the results show the device has well engineering application value with high reliability and remarkable filtering effects.Key words:rapid control prototyping ；hybrid active power filter ；DSP ；distortion factor ；Simulink收稿日期：2010-09-10稿件编号：201009030基金项目：国家高技术研究发展计划（863计划）资助项目（2007AA04Z100）作者简介：吴玉辉（1987—），男，湖北仙桃人，硕士研究生。
研究方向：电力系统谐波治理。
目前，电力滤波器多采用数字化控制器实现，需要工程师有较高的软件编程能力。
这样，滤波器设计周期的绝大部分时间将用于程序的编写以及优化上。
考虑到数学模型的建立、算法的设计、离线调试，整个开发时间将非常长，成本将相应增加。
快速控制模型（Rapid Control Prototyping,RCP ）的设计降低了设计周期，利用Simulink 的图形化编程方法，不再需要进行复杂的程序编写：对于硬件工程师而言，改变模型参数就可以实现现场调试；对于理论研究人员而言，只需要考虑算法的快速性和实用性。
小波变换是一种分析非稳态电压和电流波形的快速而有效的方法。
同FFT 一样，小波变换将信号分解成频率分量。
但是，离散小波变换（DWT ）具有可变的频率分辨率，可以有效地解决负载突变所引起的电网电压闪变，而且能够实时跟踪间谐波。
这是用来分析瞬态信号的一个有用特性。
另外，小波分析不需要在整个频域范围内同时进行，将计算量集中在某一频率范围，减小了计算量，加快了分析速度。
本文基于Simulink 软件对混合型有源电力滤波器[1-2]（Hybrid Active Power Filter,HAPF ）进行建模，利用Wavelet 工具箱进行谐波分析并仿真，由MATLAB/Simulink/EmbeddedTarget for TI C2000生成DSP 代码，最终在TMS320F2812进行硬件实现。
1快速控制模型（RCP ）RCP 由两部分组成：计算机辅助设计软件Simulink 和带有实时操作系统的专有硬件TMS320F2812，如图1所示。
这种图形化编程方法取代了传统程序的编写，只要求工程师将注意力集中在功能和性能的优化上。
本文提出的完整系统在仿真环境下进行。
图1RCP 的组成部分Fig.1Architecture of RCPsystem电子设计工程Electronic Design Engineering第19卷Vol.19第2期No.22011年1月Jan.2011Embedded Target for TI C2000连接软件和硬件，Simulink工具箱提供本文所需的各种模型，为通用DSP 上设计、仿真和实现嵌入式控制系统提供了集成平台。
图2为设计流程。
利用Embedded Target ，能够通过CCS （Code ComposerStudio ）产生高效的DSP 代码，通过主机与DSP 的接口将二者连接起来，就可以对DSP 进行在线控制与优化。
对于需要进行循环计算的复杂算法，RCP 的快速执行功能将体现出极大的优越性。
鉴于小波变换分析电力系统谐波的前景，以及建模的便利，本滤波器的有源部分控制算法利用小波变换来分析电网谐波。
2小波分析2.1多分辨分解法小波分析[3]的实现通常采用信号的多分辨分解法（Multi-resolution Signal Decomposition,MSD ），高通滤波器h 和低通滤波器g 分别通过小波函数来构成，如图3所示。
图3中的尺度1包含了从奈奎斯特频率到1/4采样频率的信息，尺度2包含了从1/4到1/8采样频率的信息，其他尺度包含的信息以此类推。
小波的分解可以在任意尺度上终止，最后的平滑输出包含了所有剩余尺度的信息。
但是，信号的分解层数不是任意的。
长度为N 的信号最多只能分解成log 2N 层。
2.2小波变换连续信号f （t ）的小波变换定义为：WT （a ，b ）=1a 姨∞-∞乙f （t ）g （t -b a ）d t（1）其中，g （t -b a）为母小波，a 为伸缩因子，b 为平移因子。
g （t -b a）在时域中是拉伸还是收缩取决于a 。
在离散小波变换中，给出了一些小波系数m 和n ，这些系数取决于伸缩因子和平移因子的次数。
则离散小波系数可表示为:DWT （m ，n ）=1a m 0姨∞-∞乙f （t ）g （a-m 0t -nb 0）d t （2）虽然这一变换是时间上连续的，但小波形式是离散的。
离散小波逆变换如下:f （t ）=K ∞m =0Σ1a m 0姨∞n =0Σ（Wgf ）（m ，n ）g （a -m 0t -nb 0）（3）式（3）：K =（A +B ）/2，A 和B 分别是a 和b 的最大值（框架值）。
针对不同的问题，母小波的选择是不同的，并且母小波的选取对于得到的结构有较大影响。
正交小波确保信号可以从其变换系数重构，具有对称滤波器系数的小波能够产生线性相移，由Daubechies 推导出的小波组覆盖了正交小波领域。
2.3控制算法的模型实现Simulink 工具箱提供了丰富的数学模型，从中选取C28x ADC 、C28x PWM 、F2812eZdsp （若无该模块则无法生成DSP代码）、DWT 和IDWT 等模块，组成如图4所示的模型。
其中，在Wavelet 子系统中集成了Environment Controller 、Buffer 、DWT 和IDWT 等模块对采样量化后的信号进行谐波分析，并产生补偿电压指令信号，继而通过PWM 输出信号控制IGBT 的关断，达到减少谐波和无功补偿的目的。
仿真过程中，根据需要实时调节C28x PWM 的占空比，以产生合适的输出波形。
3混合型有源电力滤波器建模3.1混合型有源电力滤波器对高压大容量谐波目前主要是采用LC 谐振型无源滤波器（Passive Power Filter,PPF ），这些滤波器兼有无功补偿功能。
尽管PPF 具有初期投资小，运行效率高等优点，但PPF 的滤波效果受电力系统阻抗的影响较大，且只能消除特定次数的谐波，对于谐波次数经常变化的负载滤波效果并不好。
还可能与系统发生谐振，使LC 滤波器过载甚至烧毁。
有源电力滤波器（Active Power Filter,APF ）相当于可变电阻，对基波阻抗为0，对谐波却呈现高阻态，APF 虽能克服PPF 存在的缺陷，但其安装容量受开关器件容量的限制[4-5]。
将无源滤波器和有源滤波器相结合构成混合型有源电力滤波器（HAPF ），有源电力滤波器仅用来改善无源滤波器的滤波效果和抑制可能发生的谐振。
这种方式中，有源电力滤波器不承受交流电源的基波电压，因此装置容量极大减图4包含小波变换的控制算法模型Fig.4Control algorithm model contains wavelet图2设计流程图Fig.2Flow chart of design图3小波分析的信号多分辨分解实现Fig.3Implementation of the MSD吴玉辉，等基于快速控制模型的混合型电力滤波器设计《电子设计工程》2011年第2期少，通常只需要非线性负荷总容量的1/10左右，从而使有源电力滤波器能应用于大功率场合。
大型的供、配电站通常希望在滤除谐波的同时进行无功功率补偿，必然增加逆变器实现的技术难度和成本，从而限制了有源电力滤波器在大型变电站的应用。
