有源电力滤波器设计
有源电力滤波器是一种常用的电力滤波器，主要用于滤除电力系统中的谐波和噪声，并保证电力系统的正常工作。本文将介绍有源电力滤波器的设计原理、电路组成及其在电力系统中的应用情况。
一、有源电力滤波器的设计原理有源电力滤波器的设计原理是通过对电源电流进行控制，将谐波电流补偿成正弦波电流。其控制电路由电流检测、控制器、功率放大器等组成，主要原理是将电源电流分为两部分，一部分是有源滤波器生产的电流，另一部分是来自负载的电流，利用有源电力滤波器对负载电流进行控制，使得负载电流与有源滤波器生产的相位相反，相加后产生的电流就是正弦波电流。
二、有源电力滤波器的电路组成有源电力滤波器的电路组成主要包括电源、电流传感器、控制器、功率放大器和输出滤波电阻等。其中，电源提供电力滤波器的工作电压，电流传感器测量电源电流大小和相位，控制器计算出相应的控制信号，功率放大器对控制信号进行放大，输出滤波电阻则起到滤波的作用。
三、有源电力滤波器在电力系统中的应用情况有源电力滤波器在电力系统中的应用情况主要是用于滤除电力系统中的谐波和噪声，从而保证电力系统的正常工作。在实际应用中，有源电力滤波器广泛应用于工业控制、UPS、电力仪器等领域，
具有以下优点：
1、高效率：有源电力滤波器可以通过对负载电流进行控制，实现谐波消除的效果，可以比被动滤波器更高效地滤波。
2、可靠性高：有源电力滤波器具有自动控制的功能，能够自动检测电流信号，调节电路输出，确保电力系统的稳定运行。
3、适应性强：有源电力滤波器可以根据负载变化自动调节电路输出，适应各种不同工作状态下的负载需求。
总之，有源电力滤波器是一种可以高效滤除电力系统中谐波和噪声的电力滤波器，具有高效率、可靠性高以及适应性强等优点。其在电力系统中的应用已经非常广泛，并且随着技术的不断进步和完善，有望在未来电力系统的滤波应用中发挥越来越重要的作用。
工学院毕业设计（论文） 题目：电力有源滤波器的设计 专业：电气工程及其自动化 班级：电气082 姓名：邓大伟 学号： 1609080203 指导教师：国海 日期： 2011年12月22日
目录 摘要： (1) 1 绪论 (2) 1.1概述 (2) 1.2抑制谐波的方法 (2) 1.3本文研究的内容 (3) 2 APF的工作原理和结构 (4) 2.1APF的基本原理和种类 (4) 2.2APF的谐波检测方法 (5) 2.3APF的补偿电流控制方法 (6) 3 有源电力滤波器谐波检测及控制策略 (8) 3.1瞬时无功功率理论简介及其应用 (8) 3.2SVPWM调制策略 (10) 4 控制系统的总体设计方案 (14) 4.1系统初始化程序的设计 (14) 4.2中断子程序设计 (14) 4.3I P-I Q法补偿谐波和无功电流的原理框图 (15) 5 电力有源滤波器的仿真实现 (17) 5.1源电力滤波器仿真模型的建立 (17) 5.2结果仿真 (21) 总结与展望 (25) 致谢 (26) 参考文献 (27) ABSTRACT: (28)
电力有源滤波器的设计 摘要：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。 关键词：电力有源滤波器;谐波检测 ;APF
基于MATLAB的有源滤波器的设计与仿真 对并联型有源电力滤波器的控制方法进行研究，应用MATLAB软件建立了仿真模型，利用SimPower工具箱谐波电流检测方法进行建模和仿真。在simulink 环境下，对提出的定时比较控制方法和并联型APF抑制谐波效果进行了仿真实验。 标签：MATLAB；有源电力滤波器；仿真 近年来，电力电子技术发展的越来越快，其发展的重大障碍是电力电子装置的谐波污染问题。目前在主要采用被动型谐波抑制方案来抑制谐波，本文对并联型有源电力滤波器进行研究，应用MATLAB软件建立了仿真模型。 1 有源电力滤波器(APF) 有源电力滤波器一般可分为：并联型APF、串联型APF和串并联混合型APF,其一般由检测回路，控制回路和主电路构成，理论上讲，有源滤波器可以对任意谐波电流进行补偿，并联有源滤波器其与系统相并联，可等效为一受控电流源，通过适当控制APF可产生与负载谐波大小相等、方向相反的谐波电流，从而将电源侧电流补偿为正弦波[1]。 2 并联有源滤波器 2.1 谐波电流检测原理及仿真模型设立 谐波电流检测利用ip、iq运算方式，该方法用一锁相环和一正、余弦发生电路得到与电源电压同相位的正弦信号sin wt和对应的余弦信号-cos wt，这两个信号与ia、ib、ic一起计算出有功分量电流ip和iq无功分量电流，经低通滤波器LPF滤波得出ip、iq的直流分量ip、iq对应于三相电流中的基波正序分量，再经过2/3 变换，得到三相电流基波正序分量[2]。 负载电流发生模块source，三项/两项变换模块C32，运算模块C，两项/三项变换模块C23以及低通滤波器构成了其主要的仿真模型[3]，其中各模块所需元件可在simulink模块库中找到，比如交流电源，电压、电流测量模块，RLC 串联电路，电感元件，三相桥式整流器。 图1 ip、iq运算方式检测谐波电流的整体仿真模型 2.2 三项并联型有源电力滤波器仿真
有源电力滤波器设计 有源电力滤波器是一种常用的电力滤波器，主要用于滤除电力系统中的谐波和噪声，并保证电力系统的正常工作。本文将介绍有源电力滤波器的设计原理、电路组成及其在电力系统中的应用情况。 一、有源电力滤波器的设计原理有源电力滤波器的设计原理是通过对电源电流进行控制，将谐波电流补偿成正弦波电流。其控制电路由电流检测、控制器、功率放大器等组成，主要原理是将电源电流分为两部分，一部分是有源滤波器生产的电流，另一部分是来自负载的电流，利用有源电力滤波器对负载电流进行控制，使得负载电流与有源滤波器生产的相位相反，相加后产生的电流就是正弦波电流。 二、有源电力滤波器的电路组成有源电力滤波器的电路组成主要包括电源、电流传感器、控制器、功率放大器和输出滤波电阻等。其中，电源提供电力滤波器的工作电压，电流传感器测量电源电流大小和相位，控制器计算出相应的控制信号，功率放大器对控制信号进行放大，输出滤波电阻则起到滤波的作用。 三、有源电力滤波器在电力系统中的应用情况有源电力滤波器在电力系统中的应用情况主要是用于滤除电力系统中的谐波和噪声，从而保证电力系统的正常工作。在实际应用中，有源电力滤波器广泛应用于工业控制、UPS、电力仪器等领域， 具有以下优点：
1、高效率：有源电力滤波器可以通过对负载电流进行控制，实现谐波消除的效果，可以比被动滤波器更高效地滤波。 2、可靠性高：有源电力滤波器具有自动控制的功能，能够自动检测电流信号，调节电路输出，确保电力系统的稳定运行。 3、适应性强：有源电力滤波器可以根据负载变化自动调节电路输出，适应各种不同工作状态下的负载需求。 总之，有源电力滤波器是一种可以高效滤除电力系统中谐波和噪声的电力滤波器，具有高效率、可靠性高以及适应性强等优点。其在电力系统中的应用已经非常广泛，并且随着技术的不断进步和完善，有望在未来电力系统的滤波应用中发挥越来越重要的作用。
并联型有源电力滤波器的设计 近年来，随着整流器、变频装置、电弧炉以及其它电力电子设备等的应用不断增加，由于这些负荷具有非线性、冲击性和不平衡的用电特性，引起供电网中的电流（电压）畸变，产生大量谐波。谐波污染已成为供电系统不容忽视的问题之一，本文设计的有源电力滤波器（APF）是一种用于动态抑制谐波和补偿无功功率的新型电力电子装置. 标签：谐波;瞬时无功功率理论;有源电力滤波器;智能功率模块;脉宽调制 1. 并联有源电力滤波器的主电路结构设计 2 三相三线制有源滤波器主电路工作原理 有源电力滤波器的补偿电流是由主电路中直流侧电容电压与交流侧电源电压的差值作用于电感上产生的。主电路的工作情况是由主电路中的6组开关器件的通断组合决定的。有源电力滤波器工作时通过一定的控制方式控制各桥臂的开关管的通断，从而控制加在输出电感两端的电压以达到控制补偿电流的目的。对于三相桥式变流器其同一桥臂上下开关不能同时开通，因此同一桥臂上下两开关的控制信号是互补的。通常，同一相的上下两个开关总有一个期间是导通的。 假设三相电源电压之和，并根据该电路有，可得到描述主电路工作情况的微分方程如下： 有源电力滤波器主电路中开关器件的通断，是由采样时刻处和的极性决定的，其中仍以a相为例，当时，应该使，而时，应该使，从而使减小，达到补偿电流跟踪变化的目的。 3 并联型有源电力滤波器的硬件结构 图2为并联型有源电力滤波器系统硬件整体结构图. 4负载电流采样及调理电路 1 ）负载电流采样 .在本设计中采用LEM公司的LT200P霍尔效应电流传感器作为负载电流采样元件，图3 为LT200P 连接图。 LT200P 的参数：额定电流200A，测量范围400A，匝数比1：2000，在额定电流下副边输出0.1A，总体精度0.4～0.5，带宽为DC～100kHz，供电电源±15V。在本设计中LT200P自身工作时提供±15V 的电源，其中M 端为测量端。M 端与地之间串接采样电阻。采样电阻的阻值选取时应保证，原边电流最大时
三相三线制有源电力滤波器LCL参数设计方案 1 引言 三相三线制有源电力滤波器（APF）可以对现代电力系统中的谐波进行补偿，但是有源电力滤波器本身变流器采用的是PWM调制技术，采用PWM调制技术会产生高频的开关次谐波，这些高次谐波会对一些设备产生很大的电磁干扰，影响设备的正常运行[1-3]。有源电力滤波器对谐波电流进行补偿时，需要及时跟踪指令电流。当输出电抗器感量选的很小时，虽然保证了电流的跟踪效果却造成电流的开关次纹波很大；APF的输出电抗器的感量也不能够太大，否则桥臂输出电流会滞后指令电流，造成补偿效果变差。由此可以看出在选取小感量电抗器保证电流跟踪效果的同时需要在并网点加上LCL滤波环节来滤除开关次高频纹波[4]。 在有源滤波器并网时加上LCL滤波环节后参数选取会影响滤波效果，甚至造成系统谐振，因此需要先分析了解带LCL的APF数学模型，找到谐振点以及合适的参数，从而保证滤波的效果最好。 2 三相三线制APF-LCL数学模型 三相三线制APF采用LCL并网接法结构图如图1所示[5-6]。
图1 APF的LCL并网接法 图1中的为电网侧相电压，为变流桥交流侧电压，为APF输出电抗感量，为LCL电网侧电抗感量，C为LCL 电容值，R为电阻值。将图1的三相结构模型等效成单相的结构模型为图2所示，阻尼电阻R的作用是抑制谐振。根据图2得到LCL的数学模型为方程组（1）： 图2 等效的单相LCL模型 （1） 方程组（1）经拉普拉斯变换后的到结构框图如图3所示。 图3 等效单相LCL模型结构框图
可以得到传递函数. 可以得出谐振频率为：。 3 APF-LCL数学模型的参数分析 根据参考文献[7-8]中LCL参数的选取方法，并考虑到LCL电容值参数在APF不可控整流预充电过程中有较大的影响（例如APF启动时限流电阻为51Ω，40uF电容时整流后直流侧电压稳定在473V，整流时直流侧电容充电过程如图4所示），在APF仿真模型中LCL参数分别取值为表1，分析改变电气参数对系统性能的影响。
有源电力滤波器设计 有源电力滤波器是一种能够去除电力系统中电压谐波和电流谐波的装置，可以保证电力系统正常运行和电力设备的稳定工作。本文将介绍有源电力滤波器的设计原理、结构及其应用情况。 一、有源电力滤波器的设计原理 有源电力滤波器的设计是基于功率电子器件的控制和调节，利用电力电子元器件的瞬态响应和调节灵活性，对电力信号进行处理和控制。其主要原理是通过产生具有相反相位的电压信号，将原电路中的电压谐波和电流谐波直接抵消，从而达到滤除谐波的目的。 有源电力滤波器的控制需要引入控制电路，包括负载侧电流控制和滤波器控制两部分。负载侧电流控制通过电流控制器对滤波器输出电流进行调节，以保证负载侧电路稳定。滤波器控制是对滤波器电压进行控制，在保证滤波器输出的电流稳定的同时，可以有效地抑制电压谐波和电流谐波。 二、有源电力滤波器的结构 有源电力滤波器主要由功率电子器件（如IGBT、MOSFET 等）和控制电路组成，其结构分为三个部分：模块化电源部分、滤波器部分和控制部分。
模块化电源部分主要用来提供滤波器所需的电源，可以选择不同的电源类型，如普通的交流电源或直流电源。滤波器部分包括功率电子元件和滤波器电容，用于滤除电力系统中的谐波。控制部分则包括微处理器、电路板和传感器等，用于控制电源模块的输出电压以及控制滤波器的输出状态。 三、有源电力滤波器的应用情况 有源电力滤波器的应用非常广泛，可以被广泛应用于电力设备、电力系统和电网中。在电力设备中，有源电力滤波器可以用于电机驱动、电动机启动和变频器等方面；在电力系统中，有源电力滤波器可以保证电力系统稳定并防止电力负荷过大；在电网中，有源电力滤波器可以有效地防止电组合系统中的谐波，并保持电力系统稳定、清洁和有序。 总的来说，有源电力滤波器是一种非常重要的电力滤波器，在现代电力系统和电力设备中应用越来越广泛，对保障电力设备和电力系统的正常运行至关重要，未来还会有更加广泛的应用。
有源电力滤波器课程设计 目录1设计相关知识介绍11.1谐波基本概念11.2谐波主要危害11.3谐波抑制12有源电力滤波器基本工作原理33有源电力滤波器基本元件53.1主电路53.1.1脉宽调制控制基本原理53.1.2主电路结构73.2指令电流操作部分83.2.1瞬时无功功率理论定义83.2。基于瞬时无功功率理论检测方法93.3电流跟踪控制部分113.3.1电流滞环控制原理113.3.2三相电流滞环控制原理123.4驱动电路14参考15WORD 数据1设计相关知识介绍[1]1.1谐波基本概念1882，法国数学家傅立叶指出，一个任意函数可以分解成无限多个不同频率的正弦信号之和。基于此，国际电工标准将谐波定义为: 谐波分量是周期量大于1的傅立叶级数的h分量。h的调和数定义为: 谐波频率与基频之比的整数。电气和电子工程协会标准将谐波定义为: 谐波是周期波或周期量的正弦波成分，其频率是基波的整数倍。综上所述，目前国际上对谐波的定义是: 谐波是周期电量的正弦波分量，其频率是基频的整数倍。1.2谐波的危害谐波的研究和管理对现代工业生产具有重要意义，因为谐波不仅降低了电力生产、传输和利用的效率，而且给供电和用电设备的正常运行带来严重的风险。 对于电力系统，谐波会放大系统的局部并联谐振或串联谐振现
象，从而放大谐波含量，并导致电容器和其他设备烧毁。谐波还会导致继电保护和自动装置误操作，造成电能计量混乱。对于电气设备来说，谐波会引起电气设备的振动和噪声，还会产生过热现象，促进绝缘老化，缩短设备的使用寿命，甚至引起故障或烧毁。谐波会对通信设备和电子设备造成严重干扰。与普通电话线传输的音频信号和人耳的音频敏感信号相比，电力系统产生的谐波在信号频带上有一定的重叠，两者之间的功率差异很大。干扰通信也是谐波的主要危害之一。谐波污染是电力电子技术发展的主要障碍。电力电子技术是未来科技发展的重要支柱。有人预测电力电子技术和运动控制技术将和计算机技术一起成为21世纪最重要的两项技术。然而，电力电子器件产生的谐波污染已经成为电力电子技术发展的主要障碍，这迫使电力电子领域的研究人员对谐波问题进行更有效的研究。因此，谐波控制已成为电气工程领域亟待解决的问题。1.3谐波抑制方法随着工业、农业和人民生活水平的不断提高，除了电力需求的指数级增长外，对供电质量和供电可靠性的要求也越来越高，电能质量越来越受到人们的重视。 因此，各国都出台了制定相关标准的措施。目前，滤波是控制电网污染的有效方法。滤波是滤除信号中特定频带频率的操作，是抑制和防止干扰的重要措施。它分为无源滤波和有源滤波。(1)无源滤波图1-基于此，国际电工标准将谐波定义为: 谐波分量是周期量大于1的傅立叶级数的h分量。h的调和数定义为:
基于dq变换及占空比控制策略的有源电力滤 波器设计 随着现代电子技术的不断发展，各种电子设备的应用越来越广泛。然而，这些设备产生的电磁干扰和高次谐波对电力系统造成了不小的 负担，严重影响了电力系统的稳定性和可靠性。因此，有源电力滤波 器 (APF) 的出现为解决这一问题提供了一个有效的解决方案。 基于dq变换及占空比控制策略的有源电力滤波器设计，是一种 实现瞬时无功功率补偿和谐波抑制的先进技术，其基本原理是将原始 电网电压分成dq两个分量，并将非标准谐波分量提取出来，然后在 dq 坐标系下进行控制。这种设计策略能够很好的将电网电压和电流进 行拆分，将非标准谐波分量分离出来，进一步提高了电网电流的质量。 基于dq变换及占空比控制策略的有源电力滤波器设计需要满足 以下几个要点： 1、滤波器需选择高性能功率器件，如IGBT、MOSFET等。 2、需要准确测量电网电流、电压、有功功率、无功功率等参数。 3、需要设计合适的控制算法和策略，如dq变换、Park变换、PLL同步、PI调节等。 4、需要适当的安全保护措施，如过载保护、过电压保护等。 实际应用中，基于dq变换及占空比控制策略的有源电力滤波器 已得到广泛的应用，其优点在于具有响应速度快、控制精度高、适用 范围广等特点，并且具有良好的使用效果。在现代电力系统中，基于 dq变换及占空比控制策略的有源电力滤波器已经成为电力调制技术发 展的前沿方向。 总之，随着电子技术的发展，基于dq变换及占空比控制策略的 有源电力滤波器设计已成为电力调制技术发展的一大热点，其使用可 以极大地提高电力系统的稳定性和可靠性，为电子设备的安全运行提 供了有效的保障。
有源电力滤波器电流控制器设计 有源电力滤波器是一种采用主动元件（如晶体管、场效应管等）作为开关元件的电力滤波器，它通过控制开关元件的导通和截止时间，实现对电力系统中谐波等高频噪声的有效滤波。与传统的被动滤波器相比，有源电力滤波器具有响应速度快、控制精度高、体积小、工作可靠等优点，因此被广泛应用于电力变换器、电机驱动、UPS等电力电子设备中。 然而，有源电力滤波器在实际应用中也存在一些问题，其中最主要的问题是电流峰值问题。由于有源电力滤波器采用主动元件进行控制，因此在开关导通瞬间会有瞬态电流冲击产生，这会导致电流的峰值超过了设备允许的电流峰值，从而对电力系统的稳定性和可靠性造成危害。因此，设计一个有效的电流控制器对于解决有源电力滤波器问题具有重要意义。 在电流控制器的设计中，需要考虑的主要因素包括控制器的响应速度、精度、稳定性以及实现方式等。通常采用PID控制器作为电流控制器，这是因为PID控制器具有响应速度快、精度高、易于实现等优点。同时，为了提高电流控制器的稳定性和抗干扰能力，可以采用模糊控制器或神经网络控制器等高级控制方法。 在具体实现电流控制器时，需要考虑的主要问题包括控制输出信号的形式、控制器的参数调节、以及控制器的硬件实现等。对于控制输出信号的形式，可以采用PWM信号输出或模 拟信号输出等方式，其中PWM信号输出具有精度高、控制精
度高、响应速度快等优点。对于控制器的参数调节，可以采用试错法、启发式法或模型参考自适应控制等方法进行参数调节。对于控制器的硬件实现，可以采用单片机控制、FPGA控制或DSP控制等方式实现电流控制器的控制功能。 总之，有源电力滤波器电流控制器的设计是一个非常复杂的问题，需要考虑的因素非常多，但在解决电力系统中谐波等高频噪声的问题中扮演着极其关键的角色。我们需要采用合适的控制方法，合理设计电路，并进行充分的实验验证，以实现对电力系统的高速、精确、稳定的电流控制和滤波功能。
电力有源滤波器谐波提取技术的设计与应用 电力有源滤波器是现代电力电子技术中常用的一种电路。在电力系统中，谐波是不可避免的，但它们会影响电力系统的稳定性和运行效率。因此，采用电力有源滤波器去除谐波已成为电力系统中重要的技术手段之一。 电力有源滤波器能够通过控制逆变器的输出电压和电流相位，实现对电网电流中的谐波进行抑制。这种电路通过制定合适的控制策略，能够在一定程度上去除谐波，达到滤波效果，同时只消耗被补偿谐波的电流，不影响基波电流的传输。相比于传统的无源滤波技术，电力有源滤波器的滤波效果更好，运行更稳定。 电力有源滤波器谐波提取技术的设计与应用主要包括以下步骤： 第一步，确定滤波器的调制框架和控制策略。有源滤波器的控制策略有许多种，一般有单独控制、同步控制和分布式控制等方法。在选择控制策略时，需要考虑电力系统的实际情况，比如电网的电压、负载电流等因素。 第二步，选取合适的滤波器拓扑结构。电力有源滤波器有多种拓扑结构可供选择，如LC 滤波器、LCL 滤波器、双穿越桥等。不同的拓扑结构在滤波效果、控制复杂度和成本等方面存在差异，要根据实际情况进行选择。 第三步，设计电路参数和控制算法。这一步需要根据滤波器的拓扑结构和控制策略，综合考虑电路参数的选择和控制算法的
设计。电路参数包括电容器的容值、电感的感值等，而控制算法则包括相位锁定环路、电流控制环路等等。 第四步，进行算法仿真和实验验证。在设计完成后，需要进行电路仿真和实验验证，以验证设计效果的正确性和可行性。对于仿真，可以利用专业软件进行模拟计算，而在实验验证时，需要搭建相应的实验平台，进行控制算法的实现和滤波效果的测试。 在电力系统中，通过采用电力有源滤波器这种滤波技术，能够有效降低谐波对电网和电气设备的危害，提高电力系统的能源利用效率和稳定性。随着电力电子技术的不断发展和完善，电力有源滤波器在电力系统中的应用前景也将越来越广阔。
有源电力滤波器的设计原理 有源电力滤波器是一种电力滤波器，它能够通过电源电压检测电路来实时调整输出电压，以消除电源中的谐波，降低电网污染，提高电力质量。 有源电力滤波器的设计原理主要包括三个方面：电源电压检测、控制算法和输出电压调整。 首先，电源电压检测是有源电力滤波器的核心。它通常通过电流传感器和电压传感器来实时检测电源电压和电流波形。电流传感器通常安装在电源输入端，用于检测电源谐波电流的大小和相位；而电压传感器通常安装在电源输出端，用于检测电源谐波电压的大小和相位。通过电源电压检测，有源电力滤波器能够实时了解电网上的谐波特征。 其次，控制算法是有源电力滤波器的关键。控制算法根据电源电压检测的结果，判断电网中的谐波特征，并通过控制器计算出相应的谐波电流。控制算法中常用的方法有PI控制、谐波同步检测和谐波扫描等。其中，PI控制是一种常用的控制算法，通过调节控制器的比例和积分参数，实现有源电力滤波器的稳定运行。 最后，输出电压调整是有源电力滤波器的最终目标。通过输出电压调整，有源电力滤波器能够将谐波电流注入电网，与谐波电流相消，从而消除电网中的谐波。输出电压调整一般通过功率放大器来实现，它将计算出的谐波电流转化为相应的电压信号，并通过功率放大器放大到合适的水平后注入电网，以实现滤波效果。
总的来说，有源电力滤波器的设计原理是通过电源电压检测，控制算法和输出电压调整来消除电网中的谐波。由于有源电力滤波器具备自适应调整能力，可以根据电网谐波特征的变化实时调整输出电流，因此在电网谐波污染难以预测或变化较大的情况下，具有很好的滤波效果。此外，有源电力滤波器还具备响应速度快、滤波精度高等优点，因此在电力系统的稳定运行和电力质量改善中得到了广泛应用。
有源滤波器的概念原理及设计
一、基本概念： 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！ 二、基本原理： 有源电力滤波器，是采用现代电力电子技术和基于高速DSP器件的数字信号处理技术制成的新型电力谐波治理专用设备。它由指令电流运算电路和补偿电流发生电路两个主要部分组成。指令电流运算电路实时监视线路中的电流，并将模拟电流信号转换为数字信号`，送入高速数字信号处理器（DSP）对信号进行处理，将谐波与基波分离，并以脉宽调制（PWM）信号形式向补偿电流发生电路送出驱动脉冲，驱动IGBT或IPM功率模块，生成与电网谐波电流幅值相等、极性相反的补偿电流注入电网，对谐波电流进行补偿或抵消，主动消除电力谐波。 三、基本应用： 谐波主要危害： • 增加电力设施负荷，降低系统功率因数，降低发电、输电及用电设备的有效容量和效率，造成设备浪费、线路浪费和电能损失； • 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； • 产生脉动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、输电线路等产生附加功率损耗而过热，浪费电能并加速绝缘老化； • 谐波电压以正比于其峰值电压的形式增强了绝缘介质的电场强度，降低设备使用寿命； • 零序（3的倍数次）谐波电流会导致三相四线系统的中线过载，并在三角形接法的变压器绕组内产生环流，使绕组电流超过额定值，严重时甚至引发事故。 • 谐波会改变保护继电器的动作特性，引起继电保护设施的误动作，造成继电保护等自动
有源电力滤波器的设计 一．有源电力滤波器的基本原理 1.有源电力滤波器（Active Power Filter-APF）是由全控电力电子器件构成的采取PWM控制的变流器，用于提供与补偿电流或电压大小相等，极性相反的电流或电压，以抑制负载所产生的有害电流或电压在电力系统中的传播。 变流装置由交流和直流环节组成，相应的控制系统也需要对应的控制环路分别进行控制。 有源电力滤波器是目前唯一能够全面动态补偿广义无功功率的补偿装置，理论上可以输出任意波形和相位的电压与电流，既能补偿谐波还能补偿三项不对称功率和基波无功功率。 2.有源电力滤波器（Active Power Filter-APF）的主要补偿方式： (1)高次谐波补偿。 (2)基波正序无功功率补偿。 (3)三相不对称补偿。 (4)补偿点电压稳定。 (5)线路两端之间的电压差补偿。 (6) 单位功率因数补偿。 (7) 以上任意项的组合。 二．常用控制方法 1.三角载波法：
它以指令信号与实际补偿电压(或电流)之间的差值作为调整信号，被控制量与它的给定值在给定的范围内比较，以确定电力变流器开关元件的开关时序与高频三角载彼相比较，从而得到变流器开关器件所需的控制信号。它与其他用三角波作为载波的PWM控制方式不同，不是直接将指令信号i与三角波比较，而是将调制后的电流实际值。与参考值之间的偏差经过放大后与高频的三角调制波进行实时比较，得到它们的交点作为交流器开关动作的依据。 2.滞环跟踪法： 滞环跟踪控制是种简单的Bang- bang 控制。它预先给定一个允许的容许误差，在补偿对象与滤波器输出之差值的大小超过这个容许误 差时，主电路中的开关元件动作。滞环跟踪控制的基本思想是实际值与允许的上、下限相比较，交点作为开关点，在上、下限形成一个环带，故称“滞环跟踪控制”。有源电力滤波器中使用的滞环跟踪控制 有滞环电流控制和滞环电压控制。它将指令电流值与实际补偿电流的差值输入到具有滞环特性的比较器中，实际电流与指令电流的上、下限相比较，交点作为开关点，指令电流的上、下限形成一个滞环，然后用比较器的输出来控制变流器的开关器件，因此称为滞环电流控制。滞环电流控制是电压源变流器输出电流的一种有效的非线性控制方法。 三．有源电力滤波器的设计 1.主电路的设计：
基于DSP的有源电力滤波器的设计与研制的开题报 告 一、研究背景 随着现代工业和生活用电设施的普及，电力系统中的电力质量问题 越来越引起人们的关注。电力质量问题包括电压骤降、电压波动、电压 闪变、谐波、电力干扰等。其中，电力谐波作为目前电力质量问题中最 为严重的一种，已经成为制约电力系统发展的主要障碍之一。因此，有 源电力滤波器作为谐波消除的主要手段，受到了广泛的关注。 有源电力滤波器是由一个DSP控制器以及一个功率开关器件组成的，旨在消除电力系统中存在的高次谐波。因此，其设计与研制对于保障电 力系统的正常运行和提高电力质量具有重要意义。 二、研究目标 本文旨在研究基于DSP的有源电力滤波器的设计与研制，具体研究 目标如下： 1.分析有源电力滤波器在电网中的应用需求，包括电力谐波类型、 谐波分布及其对电力系统的影响等方面。 2.研究DSP技术在有源电力滤波器中的应用，设计基于DSP的有源电力滤波器控制器。 3.设计有源电力滤波器功率电路，选择合适的功率开关器件，实现 对谐波的消除。 4.进行有源电力滤波器设计的仿真分析，验证设计的可行性并进行 性能优化。 5.进行实验验证，验证设计的有源电力滤波器在实际电力系统中的 谐波消除效果。
三、研究内容 1.电力系统中电力谐波的类型、谐波分布及其对电力系统的影响分析。 2.有源电力滤波器的控制器设计：研究DSP技术在有源电力滤波器 中的应用，设计基于DSP的有源电力滤波器控制器。 3.有源电力滤波器的功率电路设计：选择合适的功率开关器件，实 现对谐波的消除。 4.进行有源电力滤波器设计的仿真分析：使用MATLAB/Simulink进 行有源电力滤波器设计的仿真分析，验证设计的可行性并进行性能优化。 5.有源电力滤波器的实验验证：在实际电力系统中搭建有源电力滤 波器实验平台，验证设计的有源电力滤波器在实际电力系统中的谐波消 除效果。 四、研究意义 1. 有源电力滤波器的设计与研制对于提高电力系统质量，保障电力 系统正常运行，具有重要意义。 2. 本研究将研究DSP技术在有源电力滤波器中的应用，为DSP技术的推广应用提供了有效的参考。 3. 本研究具有一定的理论研究价值和实际应用价值，在推动我国电 力系统发展以及促进国家经济发展方面均具有积极的意义。 五、研究方法 1.文献资料法：通过文献阅读和分析，了解有关有源电力滤波器的 技术和应用现状，对有源电力滤波器进行分析和比较，为设计提供基础 和思路。 2.实验法：通过研究有源电力滤波器的设计方法和实验装置的搭建，在实际电力系统中进行不同负载下的实验测试，验证有源电力滤波器设 计的有效性和实用性。
三相有源电力滤波器的设计 摘要：随着现代社会经济的不断发展，推动了电力行业的进一步发展，电子装置亦被广泛应 用，至此大量谐波及无功电流被用于电网中，但随之而来的是极大的污染，电能质量问题亦 显得十分严重。有源电力滤波器可有效补偿电力系统谐波及其无功功率，此装置控制具备良好的实时性及准确性，这亦是实现有效补偿的重要内容。三相有源电力滤波器是以模拟逻辑 方式消除电网谐波，从而实时检测电网中的非线性负载电流波形，再将动态滤波、动态无功功率集于一体，其使用性能良好，影响速度极快，滤波涵盖范围亦是非常广泛，实际应用效 率高，工作时并不受系统参数的影响。本文探讨了三相有源电力滤波器的设计，并提出了实用性应用措施，为三相有源电力滤波器设计提供参考依据。 关键词：三相有源；电力滤波器；滤波器设计 三相有源电力滤波器可实时滤除谐波，及时消除非线性负载中的谐波电流，亦或者是消除电网侧产生的谐波电流，从而有效降低系统电压畸变率；并可实现动态无功补偿，能够及时发出容性无功亦或感性无功，可有效改善系统的功率因数；可达到降耗节能的目的，有效降低线路损耗与变压器损耗，能够有效缓解设备发热的问题，同时延长设备应用时间，并确保电力系统运行稳定可靠。三相有源电力滤波器对现代电力系统发展有着极大现实意义， 三相有源电力滤波器设计水平偏低，因此探讨三相有源电力滤波器设计，对电力系统有效运 行有着极大现实意义。 一、三相有源电力滤波器简论 1、有源电力滤波器 电力电子设备及非线性负载现已被广泛应用，这时的谐波电流及无功电流被大量注进电 网，从而威胁着电网及电气设备的运行及其正常使用。有源电力滤波器为动态抑制谐波及补 偿无功的设备装置，此类电力电子设备可对频率及大小变化谐波、 无功等有效补偿，其为十
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目录 ＞基本介绍 「作原理 「、有源滤波器的功能作用四、有源滤波器分类五、有源低通滤波器的设计六、总结
基本介绍 滤波器是一种能使有用信号通过而大幅抑制无用信号的电子装置。在电子电路中常用来进行信号处理、数据传输和抑制噪声等。在运算放大器广泛 应用以前滤波电路主要采用无源电子元件一电阻、电容、电感连接而成，由 于电感体积大而且笨重导致整个滤波器功能模块体积大而且笨重。本文介绍由集成运算放大器、电阻和电容设计有源滤波器，着重讲解低通、高通、带 通滤波电路。 工作原理 有源滤波器工作原理是：用电流互感器采集直流线路上的电流，经A/D 采样，将所得的电流信号进行谐波分离算法的处理，得到谐波参考信号，作 为PW啲调制信号，与三角波相比，从而得到开关信号，用此开关信号去控 制IGBT单相桥，根据PWMi术的原理，将上下桥臂的开关信号反接，就可 得到与线上谐波信号大小相等、方向相反的谐波电流，将线上的谐波电流抵 消掉。这是前馈控制部分。再将有源滤波器接入点后的线上电流的谐波分量 反馈回来，作为调节器的输入，调整前馈控制的误差。 三、有源滤波器的具体功能及作用 1、滤除电流谐波 可以高效的滤除负荷电流中2~25次的各次谐波，从而使得配电网清洁 高效，满足国标对配电网谐波的要求。该产品真正做到自适应跟踪补偿，可以自 动识别负荷整体变化及负荷谐波含量的变化而迅速跟踪补偿，80us响应负荷变化，20ms实现完全跟踪补偿。 2、改善系统不平衡状况
可完全消除因谐波引起的系统不平衡，在设备容量许可的情况下，可根
目录 1 设计相关知识介绍 (1) 1.1 谐波基本概念 (1) 1.2 谐波主要危害 (1) 1.3抑制谐波方法 (2) 2 APF的基本工作原理 (3) 3 APF基本组成部分 (5) 3.1 主电路 (5) 3.1.1 PWM控制的基本原理 (5) 3.1.2 主电路结构 (7) 3.2 指令电流运算部分 (8) 3.2.1 瞬时无功理论定义 (8) 3.2.2 基于瞬时无功理论检测法 (9) 3.3 电流跟踪控制部分 (13) 3.3.1电流滞环控制原理 (13) 3.3.2 三相电流滞环控制原理 (14) 3.4 驱动电路 (15) 参考文献 (17)
1 设计相关知识介绍[1] 1.1 谐波基本概念 1882年，法国数学家傅里叶指出，一个任意函数都可以分解为无穷多个不同频率正弦信号的和。基于此，国际电工标准定义谐波为：谐波分量为周期量的傅里叶级数中大于1的h次分量。把谐波次数的h定义为：以谐波频率和基波频率的之比的整数。电气和电子工程协会标准定义谐波为：谐波为一个周期波或量的正弦波分量，其频率为基波的整数倍。总结二者，目前国际普遍定义谐波为：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数倍。 1.2 谐波主要危害 谐波研究与治理对于现代工业生产意义重大，这是因为谐波不仅降低电能的生产、传输和利用效率，而且给供、用电设备的正常运行带来严重危险。对于电力系统，谐波会放大系统局部并联谐振或串联谐振现象，使谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁。谐波还会引起继电保护和自动装置误动作，使电能计量出现混乱。对于电气设备，谐波可以使电气设备产生振动和噪声，还可以产生过热现象，促使绝缘老化，缩短设备使用寿命，甚至发生故障或烧毁。 谐波对通信设备和电子设备会产生严重干扰。电力系统产生的谐波与普通电话线路传输的音频信号及人耳的音频敏感信号相比在信号频带上具有一定的重叠性，而且二者功率相差悬殊。对于通信的干扰，也是谐波的主要危害之一。 谐波污染是电力电子技术发展的重大障碍。电力电子技术是未来科学技术发展的重要支柱。有人预言，电力电子连同运动控制将和计算机技术一起成为21世纪最重要的两
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 Filter Abstract With 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 concerning
有源电力滤波器电流控制器设计毕业论文 目录 1 绪论 (1) 1.1谐波的危害 (1) 1.2 抑制谐波的方式 (2) 1.4 有源滤波技术的研究现状和发展趋势 (4) 1.5 谐波标准 (8) 1.6本文主要研究的容 (10) 2 有源电力滤波器结构及谐波电流检测方法 (10) 2.1 有源电力滤波器的结构及工作原理 (10) 2.2 谐波电流检测方法 (12) 3 并联型有源电力滤波器主电路参数设计方法 (14) 3.1有源电力滤波器容量 (15) U的选取 (15) 3.2 主电路直流侧电压 dc 3.3 功率器件的选择 (16) 3.4 主电路直流侧电容的计算 (17) 3.5 主电路交流侧电感参数计算 (18) 4 有源电力滤波器补偿电流跟踪控制方法 (20) 4.1并联型有源电力滤波器的数学模型 (20) 4.2 APF控制系统基本原理 (24) 4.3 有源电力滤波器控制策略的实现 (28) 4.3.1 SVPWM算法在APF中的应用 (28)
4.3.2 无差拍控制法 (28) 4.3.3 SVPWM算法的实现 (29) 4.4 并联型有源电力滤波器直流侧电压控制 (37) 5 并联型有源电力滤波器仿真分析 (39) 5.1谐波检测算法的验证 (40) 5.2 交流侧电感对补偿性能的影响 (42) 5.3 直流侧电压值对补偿性能的影响 (45) 5.4 鲁棒性分析 (48) 5.5 动态性能分析 (49) 6 结论 (52) 参考文献 (53) 翻译部分 (57) 英文原文 (57) 中文译文 (73) 致谢 (89)
1 绪论 随着科学技术的发展和社会的进步，电能己经成为人们生产生活和现代社会生产中必不可少的能源。近几十年来随着电力电子装置在工业生产中的普遍应用，以及非线性负载的容量和数量的增加使得电力系统中的谐波污染越来越严重，然而用户及电力网中的设备对电能质量的要求越来越高。因此，解决日趋严重的谐波污染与电能质量要求越来越高的问题成为当今科技工作者研究的主要问题。有源电力滤波器因有主动的补偿能力且不受系统阻抗特性的影响，在现在的生产中收到普遍的应用。本章从课题研究的背景出发，探讨了谐波治理的研究意义和主要的治理措施，阐述了有源滤波技术的发展概况和国外研究现状，最后简单介绍了本论文的主要容。 1.1谐波的危害 电力系统谐波产生根源是非线性负载的使用，致使电流和电压波形发生畸变。非线性负载主要包括：冶金工业中的电弧炉、中频炉与轧钢机，电解铝中用的大功率变流装置，传动与控制领域中用的变频器与电力机车，高压直流输电系统的换流阀以及现实生活中的领域的电脑、电视机与电磁炉等。 近几十年来，随着电力电子技术的发展，大功率开关器件的广泛应用，使得电网电压和电流波形产生了严重的畸变，不是正常的正弦波，电力电子装置给公用电网中注入了大量的高次谐波，严重影响了电气设备的正常运行，因为谐波的产生引起的各种故障和事故不断发生。电力系统谐波的危害引起了人们的高度重视。目前谐波污染对电力系统和接入电力网中的电气设备产生的危害主要表现在以下几个[1]： (1)谐波的产生增大了负载电流，由于谐波频率高于基波，产生高频的趋肤效应会使导线的等效截面积减小，导致导线过热； (2)谐波会影响电网中用电设备的正常工作。例如，电动机的附加损耗，使其发热，缩短其使用寿命等； (3)谐波会影响通讯设施运行可靠性； (4)谐波会使电气计量出现误差或错误，使保护设备误动作； (5)非平衡谐波会使UPS大功率整流负载的中线电流过大而烧断。 (6)谐波损坏无功补偿设备。随着谐波频率的增大，无功补偿电容的阻