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并联型有源滤波器电流控制新方法摘要在现代电力系统中，随着各种非线性电力电子装置的大量应用，电能质量不断受到关注。
这些装置向电力系统中注入谐波，使电网中的谐波污染日益严重，电能传输质量恶化。
因此，解决谐波问题，变得日益重要。
传统的谐波抑制方法是采用无源滤波器，但它存在许多缺陷，例如：滤波特性受系统参数的影响较大，只能消除特定的几次谐波，可能与系统产生并联谐振，谐波电流增加导致滤波器负荷过重等，使得谐波抑制效果受到影响。
针对并联型有源滤波器提出了一种电流控制新方法，与传统控制方式不同，该方式不需要检测非线性负载中的谐波及无功电流。
本文论述了并联型有源滤波器电流控制的等效原理，MATLAB仿真结果表明，省略了检测环节的该控制方法电路结构简单，大大简化了算法的研究，能够更加简单准确地补偿谐波电流，动态响应速度也很快。
关键词：电力电子技术；并联型有源滤波器；等效原理；电流控制；谐波及无功电流AbstractIn modern power system, with a variety of non-linear power electronic devices of a large number of applications, power quality concern. These devices into the power system harmonics, so that the harmonic power grids have become more polluted and the quality of the deterioration of electrical energy transmission. Thus, the solution to harmonic problems, become increasingly important. Traditional methods of harmonic suppression is the use of passive filter, but it has many defects, such as: filtering properties of the impact of system parameters by a larger number of only the elimination of specific harmonics, may have a parallel resonance with the system, harmonic current increase in overloaded filters, such as lead, making the effect of harmonic suppression affected. In this paper, a new and efficient based on DSP (digital signal processor)-controlled single-phase active power filter.A new equivalence principle of current control for shunt active power filters is introduced, which has no use for measurement of harmonic and reactive currents of nonlinear loads. This paper analyzes and demonstrates the principle. Simulation results by MATLAB are given to show that the equivalence principle without measurements has many merits such as simpler circuit configuration and algorithm, more exact compensation effectiveness and rapid dynamic response.Key words: power electronic technique; shunt active power filters; equivalence principle; current control目录1 绪论 (1)1.1 谐波抑制的意义 (1)1.2 谐波抑制的措施 (3)1.3 电能质量 (5)1.4 本文主要研究内容 (7)2 常用滤波器的性能比较分析 (8)2.1 有源滤波器 (9)2.1.1 有源电力滤波器的发展现状 (10)2.1.2 有源滤波器的工作原理 (10)2.1.3 衡量APF补偿性能的指标 (11)2.1.4 有源滤波器的主电路结构 (12)2.1.5 有源滤波器的分类比较 (12)2.2 无源滤波器 (18)2.3 有源滤波器和无源滤波器的比较 (18)3 谐波电流检测方法研究 (20)3.1 概述 (20)3.2 谐波检测方法的发展趋势 (20)3.3 瞬时无功功率理论 (21)3.3.1 基于p、q运算方式的谐波电流检测 (22)3.3.2 基于ip、iq运算方式的谐波电流检测 (24)4 控制策略的研究 (26)4.1 正弦脉宽调制技术 (26)4.2 滞环控制 (31)4.3 空间矢量PWM控制 (32)4.4 外层控制 (32)4.5 论文所作工作及意义 .............................................................. 错误！未定义书签。
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控制方法研究并联型有源电力滤波器是一种用于消除电力系统中谐波和电力质量问题的重要设备。
随着电力负荷的增加和电力质量要求的提高，对并联型有源电力滤波器的控制方法进行研究具有重要意义。
在传统的电力滤波器中，由于其无源特性，只能消除电力系统中的谐波，对电力质量问题的改善效果有限。
而有源电力滤波器则通过引入可控电源实现了主动补偿，可以同时对谐波和电力质量问题进行有效的处理。
在并联型有源电力滤波器的控制方法研究中，一个关键问题是如何确定滤波器的控制策略。
一种常用的控制策略是基于电流环的控制方法。
在这种方法中，通过测量电流的大小和相位，控制滤波器的输出电流与电网电流保持一致，从而实现电力质量的改善。
另一种控制方法是基于电压环的控制方法。
在这种方法中，通过测量电网电压的大小和相位，控制滤波器的输出电压与电网电压保持一致，从而消除电力系统中的谐波。
这种方法的优点是可以根据电网电压的变化实时调节滤波器的输出电压，适应不同的电力负荷和电力质量要求。
除了电流环和电压环控制方法之外，还有一种基于自适应滤波的控制方法。
在这种方法中，通过测量电网电压和电流的谐波成分，自动调整滤波器的参数，使其能够消除谐波和电力质量问题。
这种方法的优点是可以根据实际情况自动调整滤波器的参数，提高滤波器的性能。
综上所述，对并联型有源电力滤波器的控制方法进行研究，可以有效改善电力系统中的谐波和电力质量问题。
不同的控制方法适用于不同的应用场景，需要根据实际情况选择合适的控制策略。
随着科技的不断进步，相信对并联型有源电力滤波器控制方法的研究将进一步完善，为电力系统的可靠运行和电力质量的提高提供更好的支持。
并联混合型有源滤波器研与仿真的综述摘要：随着电力电子设备的广泛应用，大量的谐波和无功电流注入电网，对公用电网的供电质量和用户设备的安全运行造成严重的威胁。
将传统的无源滤波器和有源滤波器结合起来，互相取长补短，组成混合型有源滤波器，是当前APF 研究领域的一个重要方向。
关键词：有源滤波器；谐波抑制与无功补偿；电网公害；正文：随着电力电子技术的发展，电力电子装置的广泛应用给电力系统带来了严重的谐波污染。
各种电力电子设备在运输、冶金、化工等诸多工业交通领域的广泛应用，使电网中的谐波问题日益严重，许多低功率因数的电力电子装置给电网带来额外负担并影响供电质量，因此，电力电子装置的谐波污染已成为阻碍电力电子技术发展的重大障碍。
故抑制谐波污染，提高功率因数的研究已成为电力电子技术中的一个重大课题。
本文围绕这一关键问题，通过对电力电子谐波源及其危害的认识和分析，从有源滤波器的谐波抑制补偿手段出发，探讨了综合治理的方法，最后对谐波综合治理的发展趋势进行了展望。
为了保证供电质量、提高电力系统运行的安全性和经济性，谐波抑制和无功补偿问题已是当前电力系统中迫切需要解决的问题。
为解决电力电子装置和其他谐波源的污染问题，就当前的工业现实而言,抑制谐波的基本手段是装设各类滤波补偿装置。
装设谐波补偿装置的传统方法就是采用LC滤波器。
这种方法既可抑制谐波又可补偿无功功率，而且结构简单，一直被广泛使用。
这种方法的主要缺点是补偿特性受电网阻抗和运行状态影响，易和系统发生并联谐振，导致谐波放大，使LC滤波器过载甚至烧毁。
此外，它只能消除固定频率的的谐波，滤除效果也不甚理想。
无源滤波器(PF)通常采用电力电容器、电抗器和电阻器按功能要求适当组合，在系统中为谐波提供并联低阻通路，起到滤波作用。
无源滤波器的优点是投资少、效率高、结构简单、运行可靠及维护方便，因此无源滤波是目前广泛采用的抑制谐波及进行无功补偿的主要手段。
无源滤波器的缺点在于其滤波特性是由系统和滤波器的阻抗比所决定，只能消除特定的几次谐波，而对其它次谐波会产生放大作用，在特定情况下可能与系统发生谐振；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；有效材料消耗多，体积大。
并联型有源电力滤波器的仿真分析摘要:电网污染越来越严重，电力谐波的实时抑制变得越来越重要。
有源电力滤波器(APF)是80年代以来兴起的性能较好的谐波抑制装置，是比较热门的研究领域。
本文介绍了有源电力滤波器工作原理，分析了基于瞬时无功功率理论的p-q 谐波电流检测法，详细介绍了三角波比较控制方式。
为了验证各种检测方法和控制方法的正确性，本文用MATLAB/SIMULINK 中的电力系统模块SimPowerSystems 对整个有源电力滤波器进行了仿真研究。
该系统仿真模型结果准确，验证了谐波检测方法和控制方法的有效性，能实时反映系统的动态过程变化。
关键词：谐波电流；有源电力滤波器；谐波抑制第1章概述1.1 课题研究的背景在电力系统中，由于电力电子装置和非线性负载的广泛应用，使电网电压和电流波形发生畸变产生谐波[1]。
谐波使得电能的产生、传输和利用效率降低，谐波对电力系统环境造成了污染，而且谐波对电网的污染也日趋严重[4]。
改善电力系统的供电电能质量，减少电力部门的经济损失具有非常重要的意义，是一项相当重要的技术储备。
1.2 谐波的产生及危害国际上公认谐波定义为：“谐波是一个周期电气量的正弦波分量，其频率为基波倍数。
电网谐波来源于三个方面：其一是电源质量不高产生谐波；其二是输电网产生的谐波；其三是用电设备产生的谐波。
其中以用电设备产生的谐波最多[4]。
谐波对电力系统以及电子设备产生极大的危害，主要是：1、恶化绝缘条件，缩短设备寿命，在较高频率的谐波电场作用下，绝缘的局部放电加剧，介质损耗增加，致使温升提高；当电压畸变波形出现尖顶波时，还增加了局部放电强度，从而降低绝缘寿命。
2、使电网中的元件产生附加的谐波损耗，如使电动机引起附加损耗、发热增加，过载能力、实用寿命和效率降低；另外降低了发电、输电及用电设备的效率，大量的三次谐波电流流过中性线会导致中线过热甚至发生火灾。
1.3 谐波的抑制方法有源电力滤波器是一种动态抑制谐波和改善功率因数的新型电力电子装置，它能对频率和幅值都发生变化的谐波和无功进行补偿，弥补了无源电力滤波器的不足，具有比无源电力滤波器更好的补偿性能，是一种理想的抑制谐波和改善功率因数的装置。
《并联有源电力滤波器实用关键技术的研究》篇一一、引言随着电力电子技术的快速发展，电力系统中非线性负载的增加导致谐波污染问题日益严重。
并联有源电力滤波器（Active Power Filter，简称APF）作为一种有效的谐波治理手段，受到了广泛关注。
本文旨在研究并联有源电力滤波器的实用关键技术，以提高其在实际应用中的性能和效果。
二、并联有源电力滤波器基本原理并联有源电力滤波器是一种通过实时检测电网中的谐波电流，并产生相反的补偿电流来消除谐波的装置。
其基本原理包括谐波检测、指令电流运算、功率电路控制以及能量转换等环节。
APF 能够快速、准确地跟踪和消除电网中的谐波，从而提高电能质量。
三、实用关键技术研究1. 谐波检测技术谐波检测是APF的核心技术之一。
有效的谐波检测技术能够实时、准确地检测电网中的谐波电流，为指令电流运算提供可靠的数据。
目前，常用的谐波检测方法包括基于瞬时无功功率理论的检测方法和基于神经网络的检测方法等。
这些方法具有高精度、高动态响应等特点，能够满足不同应用场景的需求。
2. 指令电流运算技术指令电流运算是指根据谐波检测结果，计算出APF需要产生的补偿电流。
该技术要求运算速度快、精度高，以适应电网中谐波的快速变化。
目前，常用的指令电流运算方法包括基于瞬时值比较的运算方法和基于数字信号处理器的运算方法等。
这些方法能够快速、准确地计算出补偿电流，为APF的实时控制提供支持。
3. 功率电路控制技术功率电路控制技术是APF实现补偿电流的关键技术。
该技术要求控制精度高、响应速度快，以实现对电网中谐波的快速、准确补偿。
目前，常用的功率电路控制方法包括基于PWM控制的控制方法和基于现代控制理论的控制方法等。
这些方法能够实现对APF的精确控制，提高其在实际应用中的性能和效果。
4. 能量转换技术能量转换技术是APF实现谐波治理的重要环节。
APF通过能量转换技术将直流侧的能量转换为交流侧的补偿电流，实现对电网中谐波的治理。
《并联有源电力滤波器实用关键技术的研究》篇一一、引言在现代电力系统中，随着电力电子设备和非线性负载的广泛使用，电能质量问题日益严重，谐波问题更是突出。
因此，有效解决电能质量问题，提高电力系统稳定性及供电质量，成为了电力行业的研究重点。
并联有源电力滤波器（Active Power Filter，简称APF）作为一种先进的谐波治理设备，具有响应速度快、滤波效果好的特点，被广泛应用于电力系统谐波治理中。
本文将针对并联有源电力滤波器的实用关键技术进行深入研究。
二、并联有源电力滤波器概述并联有源电力滤波器是一种基于实时检测技术、高速数字信号处理技术和电力电子变换技术的谐波治理装置。
它通过实时检测电网中的谐波电流，经由控制算法计算后，输出与谐波电流大小相等、相位相反的补偿电流，从而实现对电网谐波的有效治理。
三、关键技术分析1. 实时检测技术实时检测技术是并联有源电力滤波器的核心技术之一。
该技术能够实时检测电网中的谐波电流，为控制算法提供准确的输入信号。
为了确保检测的实时性和准确性，通常采用高性能的电流传感器和数字信号处理技术。
2. 控制算法研究控制算法是决定并联有源电力滤波器性能的关键因素。
目前常用的控制算法包括瞬时无功功率理论、神经网络控制、模糊控制等。
这些算法能够根据实时检测到的谐波电流，快速计算出补偿电流的大小和相位，并输出到电力电子变换器中。
3. 电力电子变换技术电力电子变换技术是实现并联有源电力滤波器功能的核心技术之一。
该技术通过逆变器将直流电源转换为交流电源，实现对电网的实时补偿。
为了提高电力电子变换技术的效率和可靠性，通常采用高开关频率、低损耗的功率器件和优化控制策略。
4. 系统保护与安全运行在并联有源电力滤波器的实际应用中，系统保护与安全运行是必不可少的环节。
这包括过流保护、过压保护、欠压保护、过热保护等措施，以确保设备在异常情况下能够及时切断电源，保护设备和电网的安全运行。
四、实用化技术研究针对并联有源电力滤波器的实用化技术应用，本文主要从以下几个方面进行研究：1. 设备选型与配置：根据实际需求，合理选择并联有源电力滤波器的容量、型号和配置方案，以满足不同场景下的应用需求。
第37卷第5期电力系统保护与控制Vol.37 No.5 2009年3月1日 Power System Protection and Control Mar.1, 2009 并联有源电力滤波器新型控制策略仿真研究黄崇鑫，王 奔，邹 超，鲍 鹏（西南交通大学电气学院， 四川 成都 610031）摘要：三相三线并联有源电力滤波器(APF)能够实时地补偿谐波电流和无功电流。
控制器作为APF的核心部件，它的性能好坏直接影响到APF的补偿效果。
而影响控制器动态性能的关键因素是控制算法。
考虑到APF的数学模型在dq 坐标系下，是一个非线性耦合系统，首先采用逆系统方法将原系统线性化解耦，构造出伪线性系统。
然后，再运用变结构控制，设计出这个伪线性系统的变结构控制律。
最后，建立了APF的仿真模型对其进行仿真试验。
试验结果表明，基于此控制策略设计出APF的控制器能使有源滤波器具备良好的补偿效果。
关键词: 有源电力滤波器；逆系统方法；变结构控制；伪线性系统；谐波抑制Simulation research on shunt active power filter with a novel control methodHUANG Chong-xin, WANG Ben, ZOU Chao, BAO Peng(School of Electrical Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China)Abstract: Three-phase three-line shunt Active Power Filter (APF) can be used to restrain harmonic current and compensate reactive power current on-line. The controller of APF is a core. Its performances play a key role in APF with excellent functions, and a control method is a critical point for designing the controller. Considering that APF is a coupling nonlinear system in synchronous rotating dq coordinate system, this paper proposes a novel control method: firstly the original system model of APF is linearized and decoupled to be a pseudo-linear system which is made up of original system and inverse system. Then it adopts Variable Structure Control Theory (VSC), and designs the variable structure control laws of this pseudo-linear system to control the system of APF. Finally, through establishing the system of APF and making simulations under the support of MATLAB soft, the excellent performances of APF to compensate harmonics and reactive power current have been verified sufficiently from the simulation results. The control method for APF presented in this paper is proved feasible and effective.Key words: active power filter; inverse-system method; variable structure control; pseudo-linear system; harmonic suppressing中图分类号： TM714 文献标识码：A 文章编号： 1674-3415(2009)05-0052-040 引言严格地说，在电力系统中，所有的负荷都是非线性的，非线性负荷会给电力系统带来谐波污染[1]。
近二十年来，各种电力电子装置的迅速普及，使得电网的谐波污染日趋严重，由谐波引起的事故频繁发生，谐波危害的严重性已引起人们的高度重视[2,3]。
三相三线APF能够分别或同时补偿三相三线电网的谐波电流和无功电流。
在APF的控制系统中，检测环节和设计控制算法环节是设计整个APF 控制器的关键[4]。
在检测环节，本文采用的是基于瞬时无功功率理论的p qi i−电流检测方法。
该检测方法是目前使用得最多的谐波和无功电流检测方法，它具有简单直观，检测准确的优点[5]。
控制器算法设计的最终目标是使APF的补偿电流跟踪检测出的谐波和无功指令电流，而谐波电流变化速度快，且不平滑，要使APF补偿的电流要跟踪上谐波指令电流，要求设计的控制策略能使APF具备良好的动态响应特性。
滞环控制方法、三角波比较方法都具有其本身的缺点[6]。
文献[7]用变结构控制直接设计出了APF 的控制律，其算法跟滞环控制方法相同，同样存在滞环控制的优缺点。
模糊控制方法应用于APF可以获得较好的性能，但模糊控制的规则是基于手动的，通过经验分析整理而得，需要人们在控制操作中具备丰富的经验和技术，不利于被一般工程人员所接受[7]。
基于以上考虑，本文采用逆系统方法将原系统线性化解耦，构造出伪线性系统。
这样，能够使随后的设计控制策略过程变得简单。
考虑到变结构控黄崇鑫，等 并联有源电力滤波器新型控制策略仿真研究 - 53 -制具有良好的鲁棒性和快速跟踪的动态品质，而且用变结构控制来设计线性系统简单易行，文中运用变结构控制中的趋近律设计方法，设计出伪线性系统的控制律。
整个设计过程，思路明晰简单。
最后，通过仿真手段，验证了此方法的可行性和有效性。
1 APF 的工作原理及数学模型1.1工作原理三相三线APF 的电路原理图[5]，如图1所示，它是由全控器件(IGBT ，MOSFET 等)构成的不带负荷的三相电压型变流器。
它工作的基本原理：通过产生与指令电流具有相同幅值而相位相反的补偿电流来达到防止谐波流入系统的目的。
从以下式子可以清晰的表达出三相三线APF 的工作原理。
~~~i sAi sBi sC i LA i LB i LCi hAi hB i hCC U dcLRNOU AU BU CU sA U sBU sCS AS B S C图1 有源电力滤波器电路图 Fig.1 Circuit of active power filter如图1 所示，取三相系统的A 相，列写接入点的节点电流方程得：sA LA hA i i i =+ (1)而负荷电流又可以写成：LA LAp LAq LhA i i i i =++ (2)把式(2)代入式(1)得：sA LAp LAq LhA hA i i i i i =+++ (3) 在式(3)中，LAp i 是A 相负荷的基波有功电流分量，LAq i 是基波无功分量，LhA i 是谐波分量。
若有源滤波器补偿电流：hA LhA i i =−，那么由式(3)可看出，此时系统电流只含有基波分量，达到补偿谐波的目的。
若有源滤波器补偿电流：hA LhA LAq ()i i i =−+，那么此时系统电流只含有基波分量有功电流，起到既补偿谐波又补偿无功电流的作用。
1.2 数学模型由图1，可得到APF 在三相静止坐标系下的数学模型[5]如下：hA sA hA A dc NO hB sB hB B dc NOhC sC hC C dc NO dc A A B hB C hCd d d d d d d d L i t U Ri S U U L i t U Ri S U U L i t U Ri S U U C U t S i S i S i =−−−⎧⎪=−−−⎪⎨=−−−⎪⎪=++⎩ (4) 在式(4)中，s sA sB sC (,,)U U U =U 是APF 接入点三相电网电压；s sA sB sC (,,)i i i =I 是三相电网电流；h hA hB hC (,,)i i i =I 是APF 补偿的三相电流；A B C (,,)S S S =S 是全控器件的三相开关函数；dc U 为直流侧电容C 上的直流电压；L ，R 是变流器交流侧的接入电感和等效损耗电阻。
式(4)经2/3派克变换后，得到同步旋转dq 坐标系下的数学模型如下：hd hq hd d dc sd hq hd hq q dc sq dc d hd q hq d d d d d d 32()L i t L i Ri S U U L i t L i Ri S U U C U t S i S i ωω⎧=−−+⎪=−−−+⎨⎪=+⎩ (5) 式(5)中，变量下标末尾含d 的是经派克变换后的d 轴分量，含有q 的为q 轴分量。
为书写和表达方便，令123hd hq dc [,,][,,]x x x i i U =，12d q [,][,]u u S S =，1212[,][,]y y x x =，那么把式(5)写成状态变量的表达形式如下：12113sd 21223sq 311221122()/()/[32()]/,xL x Rx u x U L x L x Rx u x U Lx u x u x C y x y xωω=−−+⎧⎪=−−−+⎪⎨=+⎪⎪==⎩&&& (6) 式(6)反应出，APF 系统是一个两输入两输出的非线性耦合三阶系统。
2 谐波电流和无功电流检测考虑到实际系统中，三相电网电压可能不是理想的电压源，为获得精确的谐波和无功参考电流，采用基于瞬时无功理论的 d q i i −检测方法，实际上是基于派克变换的瞬时检测电流的方法[5]，检测的原理框图,如图2所示。
Ldi Ld Ld Ld i i i=+%Lq Lq Lq i i i=+%Ld i−%Lq i−%Lqi图2 补偿电流检测原理图Fig.2 Configuration of compensating current detection通过锁相环对电网电压同步锁相后，构造出派- 54 - 电力系统保护与控制克变换矩阵，对负荷电流做派克变换，得到d 轴的有功电流分量Ld i 、谐波分量Ld i %和q 轴的无功电流分量Lq i 、谐波分量Lq i %，经低通滤波器滤波后，得到基波的d 轴的有功电流分量和q 轴的无功电流分量，然后与未经低通滤波的d 轴，q 轴分量相减，即可得到谐波电流的 d 轴、q 轴分量。
