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电力系统中的有源滤波器设计与应用概述电力系统中的电能质量问题一直是一个重要的研究方向。
随着电子设备的普及和电力负载的不断增加，电力系统中的谐波、噪声以及电压波动等问题越来越严重。
为了保障电力系统的稳定运行和提高电能质量，有源滤波器被广泛应用于电力系统中。
一、有源滤波器的原理与工作机制有源滤波器是一种能够主动抵消或补偿电力系统中的谐波和干扰的设备。
它通过引入一个对相应谐波或干扰信号进行逆相抵消的电流或电压，达到滤除谐波或干扰的目的。
有源滤波器通常由功率电子器件、控制电路和滤波器构成。
有源滤波器的工作原理可以简单地概括为三个步骤：感知电网谐波和干扰信号、生成逆相信号、注入到电网中。
首先，有源滤波器通过传感器感知电网中的谐波和干扰信号。
然后，控制电路根据感知到的信号，生成相应的逆相信号。
最后，逆相信号通过功率电子器件注入到电网中，与谐波和干扰信号相抵消。
二、有源滤波器的设计方法设计一个有效的有源滤波器需要考虑多个因素，包括滤波频率范围、滤波效果、功率容量、稳定性等。
以下是一些常用的有源滤波器设计方法：1. 双脉冲模型方法这种方法将有源滤波器建模为一个用于跟踪电网电流的I控制器和一个用于计算波形畸变的谐波电流额定电流的方程。
2. 双闭环控制方法这种方法将有源滤波器的控制系统分为内环和外环控制系统。
内环控制器用于跟踪电网频率和相位，外环控制器用于计算所需的逆相信号。
3. 谐波电流电压陷波控制方法这种方法通过调节滤波器的控制参数，在一定范围内使谐波电流和谐波电压达到最小值，从而实现对谐波的有效衰减。
三、有源滤波器的应用有源滤波器在电力系统中的应用非常广泛，主要包括以下几个方面：1. 谐波抑制在电力系统中，电子设备产生的谐波会对电力系统产生负面影响，例如使电网电压失真、导致传输线过载等。
有源滤波器可以通过抵消谐波电流，改善电能质量并提高电力系统的稳定性。
2. 噪声滤除电力系统中会受到各种各样的干扰和噪声，例如瞬态过电压、开关操作、天气等。
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 (15)4.3I P-I Q法补偿谐波和无功电流的原理框图 (16)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。
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。
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。
基于绝缘栅晶体管的三相有源电力滤波系统工作原理基于绝缘栅晶体管的三相有源电力滤波系统工作原理简介有源电力滤波系统是一种用来降低电力系统中谐波和其他电磁干扰的技术。
基于绝缘栅晶体管的三相有源电力滤波系统通过控制晶体管的开关状态来实现对电力质量的改善。
绝缘栅晶体管简介绝缘栅晶体管（IGBT）是一种功能强大的半导体器件，结合了金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）和双极型晶体管（BJT）的优点。
它的主要特点是高输入阻抗、低输出阻抗和大功率处理能力。
有源电力滤波系统原理有源电力滤波系统由三相桥式逆变器和三相桥式整流器构成，通过控制逆变器和整流器中的IGBT晶体管开关状态，从而实现对电网谐波和电磁干扰的抑制。
1. 逆变器部分•逆变器将直流电源转换成交流电，用于输出电力滤波器所需的电源。
•逆变器由六个IGBT晶体管构成，形成三相桥式逆变器拓扑结构。
•IGBT晶体管的开关状态由控制信号决定，通过调节开关状态，可以控制输出波形的幅值和相位。
2. 电力滤波器部分•电力滤波器用于抑制电力系统中的谐波和其他干扰信号。
•电力滤波器由LCL滤波器和有源滤波器组成。
•LCL滤波器由电感和电容构成，用于滤除高频噪声和谐波信号。
•有源滤波器是通过控制逆变器中的IGBT晶体管开关状态，对输出电压进行动态调节，实现对干扰信号的主动抑制。
工作原理1.逆变器将直流电源转换成交流电，提供给电力滤波器。
2.LCL滤波器滤除高频噪声和谐波信号，保证输出电压的质量。
3.有源滤波器通过控制逆变器中的IGBT晶体管开关状态，对输出电压进行调节，抑制电磁干扰。
4.通过不断调节逆变器中的IGBT晶体管开关状态，实现对不同频率和幅值的干扰信号的主动抑制。
5.最终输出的电力经过滤波和抑制干扰处理后，达到了较高的电力质量要求。
结论基于绝缘栅晶体管的三相有源电力滤波系统通过逆变器和电力滤波器的配合工作，实现了对电力系统中谐波和电磁干扰的有效抑制。
该系统具有响应速度快、抑制效果好等优点，被广泛应用于工业电力系统中，提高了电力质量和系统可靠性。
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，但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，其为十分理想的补偿谐波设备，为十分理想的补偿谐波设备。
有源电力滤波器具备极高可可控度，其反映速度十分快速，可及时跟踪补偿各谐波与需要的无功功率，而此特性并不会受到系统的影响，无谐波可合理放大，其体积与重量小。
单台有源电力滤波器造价与技术、容量均被制约，大容量有源电力滤波器研究已获得诸多成就，三相有源电力滤波器被广泛用于电力系统中，但此方式结构非常复杂，控制程序亦十分繁琐，设计工作难度大。
2、三相有源电力滤波器三相有源电力滤波器具备诸多良好的性能特点，其可滤除的谐波次数范围非常广泛，通常可滤除2-50次谐波，为可滤波除特征谐波，亦可滤除非特征滤波；谐波滤除效率高，于额定功率下的谐波电流除率为95%；响应速度极快，谐波补偿电流响应时间超过10MS；能够单相动态为电力系统注进补偿电流，从而有效改善系统三相不平衡的问题；可自动消除谐振，确保各设施设备与系统安全运行；可设定输出与最大100%限流输出，确保设备长时间稳定运行；具备滤波与无功补偿功能，比如感性与容性，从而实现滤波或是补偿功能；其操作界面简单便捷；界面可实时显示电压与电流、谐波等参数，并且菜单设置灵活合理，可选择消谐模式、无功补偿模式与谐波无功可实现同时补偿模式，且具备目标功率因数与输出电流，能够及时记录实时故障，设计选型简单合理，安装及其操作、维护工作亦非常简单；可可10台扩展并联运行；保护措施简单完善，具备系统电压过压保护及欠压保护、输出过流保护、过热保护、控制电压欠压保护。
其工作原理主要是实时检测电网中的负载电流，从而将谐波电流分量合理分离，以谐波电流大小发出控制指令，达到实时产生大小相等与方向相反补偿电流，并将补偿电流注进电网中，这时则可实现瞬时抵消滤除谐波电流的目的，并实现无功补偿。
二、三相有源电力滤波器主电路参数选择三相有源电力滤波器主电路参数及其系统模型会严重影响系统控制效果，选择适当的主电路参数对滤波器稳定运行十分关键，亦是有效控制性能的重要条件，本文对此进行了下述几方面分析：1、交流侧电感选择有源电力滤波器指令电流中的谐波及暂态电流十分关键，要求实际输出电流可有着良好的跟踪能力，有源电力滤波器补偿对象确定时，有源电力滤波器主电路参数选择及其性能、效率息息相关。
电感有通低频及阻高频电流会导致有源滤波器补偿电流中均是谐波电流，电感值设计与电流跟踪性能及其补偿效果息息相关。
主电路参数是互相制约的，不可单独的选择电感值。
稳定的电流跟踪能力为有源电力滤波器运行中谐波补偿的重要内容，与最终的谐波补偿效果息息相关，电网电压及滤波器直流侧电容电压确定时，补偿电流跟踪效果与主电路功率器件开关频率及补偿电流瞬时变化率息息相关。
（1）器件开关频率器件开关频率对滤波器运行非常重要，有源电力滤波器的目的就是产生谐波，这时则强调系统具备更高的电流带宽。
若开关频率太低则表示主电路电流带宽低，输出高频率电流分量难度较大，这时系统则缺乏相应的谐波补偿能力，从而导致补偿效果偏低。
（2）电流波形就电流波形而言，偏低的开关频率会导致补偿电流中存在的纹波成分不断增大，随之而来的系统损耗亦加大，电流跟踪效果则随之恶化；若开关频率高时，会使得开关功率耗损增大，从而提高了系统损耗，系统效率亦持续降低。
（3）补偿电流补偿电流瞬时变化率会面对两个互相矛盾的问题，有源电力滤波器中的主电路应具备更高的补偿电流变化率，确保补偿具备更大的电流变化率，非线性负载中亦可产生补偿电流，从而达到谐波补偿的目的。
补偿电流波形与被补偿的负载电流波形息息相关，而被补偿的负载电流变化率大时，对滤波器的要求就会更高；再是补偿电流变化率不可太高，以便适应对补偿电流纹波大小的要求。
若补偿电流中的变化率太大，则会导致滤波器输出电流超调，从而于补偿电流中出现极大的纹波毛刺使得补偿效果失灵。
主电路参数设计时，电网电压及滤波器直流电容电压确定条件下，滤波器变化率均是由交流侧接口电感产生的，主电路参数间存在的互相关联与制约关系十分重要，电感参数要可保证系统具备高电流带宽、动态性能、低开关损耗，以确保滤波器运行安全稳定。
（4）串联电感串联电感设计时，若电流过零，则电流变化率大，这时的电感务必小，才能更好的适应快速跟踪电流的要求；再是正弦电流峰值的输出电流纹波极为严重，而这时的电感要大，要适应开关抑制谐波电流的要求。
2、直流母线额定电压选择要全面分析空间矢量控制下的三相有源电力滤波器工作过程，确定其间主电路参数选择互相联系，不可仅注重其间某个。
三相有源电力滤波器直流侧电容电压会因外部因素而限制，这时则应全面分析特定待补偿非线性负载的实际情况，合理选择直流侧电容电压。
有源电力滤波器直流侧电容电压选择与特定被补偿非线性负载息息相关，并与交流侧接口电感及电网电压矢量问题密不可分。
有源电力滤波器直流侧电容电压临界值选择及其补偿电流特定为谐波分布特性，交流侧接口电感参数与其亦是息息相关，其并不是简单的固定数值。
3、直流母线电容选择有源电力滤波器为直流侧电容充、放电过程，其间滤波器性能与稳态工作下的直流侧电容电压应保持不变。
电容量大小会严重影响到电压波动，若电容大则电压波动小，有源滤波器具备良好的滤波效果；但若电容大则成本会随之增加。
直流侧电容的目的是给变流器提供相应的电压参考，直流电压于变流器实际工作中务必保持稳定，变流器中的开关器件会因工作而出现损耗，这时稳定直流电压则十分关键，应于系统中吸收有功电流，以达到维持直流电压稳定的目的。
直流侧电容多用来稳定电压源型变流器，其属于稳定的直流电压源，负序和谐波电流于直流电容侧时，会出现相应的能量脉动，且因开关的作用及有源电力滤波器交流侧电感储能而出现能量脉动的问题诸多，这些均需直流侧电容合理缓冲。
4、交流侧输出滤波器设计有源电力滤波器的目的是为了处理电网中的非线性负载导致的谐波电流引起的电能质量问题所设计的电力电子设备，可检测其负荷侧电流获得畸变电流分量，再以逆变器生成脉宽调制波，通过输出低通滤波器滤除开关波纹，之后再将其融于电网中，生成相应的补偿电流再注进电网中，充分抵消负载谐波电流，确保电源侧电流与正弦波接近，有效改善电网电能质量。
输出电流中存在50次及以下的谐波电流，开50次以上的谐波分量要全部滤除。
通常采用LCL滤波器，此滤波器电感电容大小合理，滤波器于高频位置时，能够得到良好的衰减，且系统阻抗对输出电流影响小。
三、三相有源电力滤波器实现影响分析三相有源电力滤波器实现主要是谐波分析、电流内环跟踪控制、直流母线电压稳定、驱动信号生成等。
若母线电压低于设定值，则有源电力滤波器可于电网中稳定吸收能量；若母线电压高于设定值时，则有源电力滤波器会于电网中释放有功能量，合理维持直流母线电压稳定。
有源电力滤波器驱动信号生成，大都是以SPMW调制方式实现的，开关频率应选择125kHz，本文对三相有源电力滤波器实现影响进行了下述分析：1、负载突变对直流母线电压造成的影响全谐波检测算法是以负载电流降低通滤波器输出电流实现的，低通滤波器输出固有时延是，会导致负载突变时的直流电流中生成基波残留。
而负载突然降低时，则有源电力滤波器可由电网中吸收相应的有功能量，促使有源电力滤波器母线电压快速提高；反之则母线电压会突然降低。
新型谐波检测算法并不需要通过负载电流减滤波器输出量，可通过简单的方式提取谐波指令，负载突变时的指令电流中不存在基波，亦不会造成有源电力滤波器直流母线电压出现大范围变化。
负载突变时的全谐波算法可有效维持直流母线电压稳定，而直流母线电压波动大，新谐波算法直流母线电压无波动，可以说新谐波算法有助于系统稳定运行。
2、相位误差对无功电流检测造成的影响瞬时无功功率理论下的dp法实时性良好，且计算量不多，电网中的电压出现畸变时，亦可准确无误的检测电流中存在的谐波和无功电流，其可快速检测出电流。
系统中的电网电压正弦量及坐标变化正弦量间会存在相位差，会造成检测结果测量误差，通常相位差的产生为两个原因，其一是因电网电压不对称而导致其间存在负序电压，过零检测锁相方式坐标变换正、余弦信号相位是系统电压所决定的，亦是和正序电压及负序电压分量和相同，但是期望的正弦信号要与正序分量为同相；其二是因锁相不准确而导致相位出现偏移。
坐标变换中正弦量相位差导致基波有功电流检测中存在误差，而这时则不可正确检测谐波与无功电流。
负荷电流畸变不对称时的电压亦是不平衡的，亦或者是其关键环节的误差使得其间存在较大的相位差，谐波与无功电流亦存在相应的误差，这时亦会严重影响控制直流电压的有功分量，同时影响了相位差。
而此问题均是以dp坐标闭环锁相方式、过零检测修正锁相方式、电源电压矢量同步参考坐标法等方式来处理。
3、低通滤波器对检测误差造成的影响直流量提取是通过低通滤波器实现的，滤波器性能会直接影响检测误差，通常是期望能够滤除全部的交流分量而得到纯的直流量，这时低通滤波器实现纯直流滤波则难度较大。
结束语社会经济的飞速发展，电力行业更加注重高次谐波抑制的重要性，并强调谐波污染的降低，诸多新型有源滤波系统亦应时而生，且设施设备均是不同的，电力系统运行亦要求可准确快速地补偿电网谐波电流，亦或者是谐波电压，有源滤波器若需实现如此效果，则系统电路设计务必科学合理，但这多依赖于三相有源电力滤波器的设计。
