一种新型矿用有源电力滤波器的设计

电力系统中的有源滤波器参数设计研究近年来，随着电力系统的不断发展和变革，电力质量问题越来越引起人们的关注。

在电力系统中，电源、负载和传输线等各种元件会引入各种电力质量问题，如谐波、闪变和电压波动等。

这些问题不仅会损害用户设备的正常运行，还会对整个电力系统的稳定性造成威胁。

为了解决这些问题，有源滤波器作为一种主动滤波技术逐渐成为电力系统中的重要组成部分。

有源滤波器是一种能够主动调节输出电流和电压来对电力系统中的电力质量问题进行补偿的装置。

它利用电子元件操纵电流和电压的相位和幅值，以实现对谐波等问题的抑制和调节。

有源滤波器的核心部件是控制器和功率电子开关。

控制器根据输入电流和电压的信号进行计算和控制，而功率电子开关则负责实际进行电流和电压的调节。

在设计有源滤波器的参数时，需要考虑诸多因素。

首先是谐波的类型和频率范围。

电力系统中的谐波有不同的类型，如2次、3次、4次和5次谐波等，它们对电力系统的影响不同。

因此，在设计有源滤波器时，需要根据实际情况选择适当的谐波类型和频率范围。

其次是滤波器的带宽和响应时间。

有源滤波器的带宽决定了它对谐波信号的滤波效果，而响应时间则决定了滤波器的动态性能。

在设计参数时，需要综合考虑这两个因素，以使有源滤波器既能够滤除谐波，又不会引入额外的延迟时间。

最后是滤波器的功率容量。

有源滤波器需要消耗一定的功率来进行补偿和调节，因此需要具备足够的功率容量。

在设计参数时，需要根据电力系统的负载情况和谐波水平来确定滤波器的功率容量，以确保其能够正常运行。

除了上述因素外，有源滤波器的设计还需要考虑其他方面的问题。

例如，滤波器的可靠性和稳定性对整个电力系统的运行至关重要。

因此，在设计参数时，需要选用高质量的电子元件和合理的电路结构，以提高滤波器的可靠性和稳定性。

此外，有源滤波器的效率和成本也是需要考虑的因素。

高效率的滤波器能够减少能源消耗，降低运行成本，而低成本的滤波器则能够降低投资费用。

在设计参数时，需要在效率和成本之间进行权衡，以满足不同用户的需求。

本科毕业设计说明书（题目：并联型有源电力滤波器的设计学生姓名：xx学院：信息工程学院系别：自动化系专业：自动化班级：自动化03-3指导教师：xx摘要随着电力电子装置的广泛应用，电力系统的无功及谐波问题日趋严重。

传统的无功补偿及谐波抑制方法已难以满足现代电力系统的需要。

作为一种新型的补偿装置，有源电力滤波器以其对电网负载、系统参数变化的自适应能力和较高的反应速度被认为是目前最具发展潜力的无功和谐波补偿方法。

本文以并联电压型有源电力滤波器为研究对象，系统地分析了并联电压型有源电力滤波器的工作原理、补偿特性、谐波电流检测方法、补偿电流控制策略等问题，并对并联型有源电力滤波器进行了设计。

最后，利用MATLAB提供的电力系统仿真工具箱对并联型有源电力滤波器整个系统进行了建模和仿真分析。

仿真结果表明，并联型有源电力滤波器对带有阻感的三相二极管桥式整流负载产生的谐波具有较好的补偿效果。

关键词：谐波抑制；并联型有源电力滤波器；瞬时无功功率；仿真AbstractThe substantial increase in the use of power electronic equipment results in harmonic pollution and reactive burden above the tolerable limits. Many conventional solutions to the power quality issues can’t meet the conditions of modern power system. Active power filters are known as a dynamic,adjustable and potential solution to the power quality problems.The shunt voltage-type APF has been analyzed in this paper, in terms of the working principle, the compensation characteristics, the harmonic current detection approaches and the current compensation strategies，the shunt active power filter are designed.At last,the simulation models are built up by the Simpowersystems toolbox of Matlab.The results show that the designed shunt APF can well suppress the harmonic distortion generated by a three-phase diode rectifier.Key Words：Harmonic elimination; Shunt active power filter; Instantaneous reactive power; Simulation目录引言 (1)第一章绪论 (2)1.1谐波问题及研究现状 (2)1.1.1谐波的基本概念 (3)1.1.2 谐波分析 (3)1.1.3 谐波的产生和危害 (6)1.2谐波的抑制 (7)1.2.1 谐波抑制技术 (7)1.2.2 有源电力滤波器技术的发展 (7)1.3研究并联型有源电力滤波器的现实意义 (7)第二章有源电力滤波器的基本原理和结构 (9)2.1三相电路瞬时无功功率理论 (9)2.2有源电力滤波器的工作原理 (14)2.3有源电力滤波器的系统构成 (15)2.3.1 有源电力滤波器的分类 (15)2.3.2 有源电力滤波器主电路的结构 (16)2.3.3 单独使用的并联型有源电力滤波器 (17)2.4有源电力滤波器的特性 (18)2.4.1 双向补偿特性 (18)2.4.2 其他特性 (19)2.5有源电力滤波器的控制方法 (19)2.5.1 滞环比较方式 (19)2.5.2 三角波比较方式 (20)2.5.3 空间矢量控制 (21)2.5.4 本文采用的控制方法 (21)第三章并联型有源电力滤波器的设计 (22)3.1 概述 (22)3.2 系统电路的设计 (22)3.2.1主电路(变流器)设计 (22)3.2.2 主电路交流侧电感的计算 (25)3.2.3直流侧电压计算和电容选取 (26)3.3电流电压检测设计 (28)3.3.1 电流检测电路的设计 (28)3.3.2 电压检测电路的设计 (28)第四章并联型有源电力滤波器的仿真 (29)4.1仿真环境 (29)4.2仿真模型的建立 (29)4.2.1 并联型有源电力滤波器系统仿真模型 (29)4.2.2 主电路的仿真 (30)4.2.3 谐波电流检测电路的仿真 (31)4.3仿真结果 (32)4.3.1 补偿前电网电流仿真波形与分析 (32)4.3.2 补偿后电网电流仿真波形与分析 (33)4.3.3 数字低通滤波器截止频率对指令电流精度的影响 (35)4.3.4 仿真结果 (38)结论及展望 (39)参考文献 (41)致谢 (43)引言随着电力电子技术应用的日益广泛，电力电子产品广泛地应用于工业控制领域，用户对电能质量的要求也越来越高[1]，而电力电子装置已经成为主要的谐波干扰源，它们造成的危害已经引起人们越来越多的关注。

深度揭秘——有源滤波器设计有源滤波器是测试测量电路中经常会使用到的电路，大家也经常会看到诸哪MFB滤波器，巴特沃斯滤波器，等各种不同的说法，下面带大家一起来认识有源滤波器。

一.滤波器的频率响应滤波器可分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器等四种，由于四种滤波器可相互转化，本文为行文方便全部以低通滤波器为例进行说明。

理想的低通滤波器幅频特性曲线如下图所示，即通带增益恒定，过渡带无穷小，过渡区域斜率无穷大，阻带增益为0。

但这样理想的幅频特性在现实当中是不存在的。

因此滤波器设计的中心问题，就是要计算出一个响应曲线，按照规定的精确度逼近理想情况的滤波器，并在实验室中制作实现。

下图实线即为这样一条低通滤波器的实际响应曲线。

实际电路设计普遍被大家接受的滤波器幅频响应特性包括以下几种：巴特沃斯滤波器，切比雪夫滤波器，椭圆滤波器，贝塞尔滤波器等多种。

1.巴特沃斯滤波器具有最大幅度平坦度特性，使用该滤波器可获得尽可能平坦的通带幅频响应。

高于截止频率的频带衰减具有适中的斜率，其脉冲响应具有适当的过冲及振铃。

下图为不同阶数巴特沃斯滤波器的幅频响应和时域响应。

2.切比雪夫滤波器与巴特沃斯型相比，此类滤波器在通带以外的衰减更为陡峭，但这是以牺牲通带内的纹波为代价的。

切比雪夫滤切比雪夫滤波器的截止频率定义为响应滚降至低于纹波带的频点。

对于偶数阶滤波器而言，所有纹波均高于0 dB了益的直流响应，因此截止频点位于0 dB 衰减处。

对于奇数阶滤波器来说，所有的纹波均低于0 dB了益的直流响应，截止频率则定义为低于纹波带最大衰减点(- ripple dB的频点)。

在极点数量一定时，增加通带纹波可实现更陡峭截止。

相对于巴特沃兹滤波器而言，切比雪夫滤波器的脉冲响应具有更大的振铃。

下图为此型滤波器的频域与时域响应。

3.贝赛尔也称为汤姆逊(Thomson)型滤波器。

由于其线性相位响应特性，使得此类滤波器具有最优的脉冲响应(最小化过冲及振铃)性能。

RC有源滤波器设计有源滤波器是一种利用放大器来增强滤波性能的滤波器。

在有源滤波器中，放大器起着放大和调整信号的作用，从而增加滤波器的增益和频率响应的可调性。

有源滤波器通常由三个基本部分组成：输入网络、放大器和输出网络。

输入网络用于调整输入信号的阻抗和频率响应，放大器用于放大输入信号，输出网络用于进一步调整信号的阻抗和频率响应。

通过合理设计这三个部分的参数，可以实现不同类型的滤波器功能。

有源滤波器有许多种类，包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。

设计有源滤波器的关键是选择合适的放大器类型、电路拓扑和参数，以满足所需的滤波特性。

在设计有源滤波器时，首先需要确定滤波器的频率响应。

这可以通过在频域中绘制出滤波器的理想传递函数来实现。

然后，根据所选择的放大器类型和电路拓扑，选择适当的放大器参数。

可以通过计算或仿真来确定这些参数。

接下来，需要根据设计要求选择合适的电阻、电容和电感元件值。

根据放大器和电路拓扑的特性，合理选择这些元件的数值，以实现所需的频率响应和滤波特性。

在设计有源滤波器时，还需要考虑放大器的增益和稳定性。

增益可以通过调整放大器的放大倍数来实现，而稳定性可以通过添加合适的反馈回路和补偿电路来保证。

这可以提高滤波器的性能和可靠性。

最后，在设计完成后，需要通过实验或仿真来验证滤波器的性能。

可以使用信号发生器和示波器来提供输入信号和测量输出信号的频率响应和增益。

根据实验结果，可以进行必要的调整和优化，以满足设计要求。

总之，有源滤波器设计是一个复杂的过程，需要综合考虑放大器类型、电路拓扑、元件数值和电路参数等因素。

通过合理选择和调整这些参数，可以实现所需的滤波特性和性能。

设计者需要具备一定的电路理论知识和实践经验，以确保设计的正确性和可靠性。

电力系统中的电能有源滤波器设计与优化电力系统是现代社会不可或缺的基础设施，它承担着供电、传输和配电的重要任务。

然而，随着电子设备的广泛应用和非线性负载的增加，电力系统中出现的电能质量问题日益突出。

电能有源滤波器作为一种新型的电力电子器件，被广泛应用于电力系统中，以提供有效的电能质量改善和协调不同电源间的能量流动。

电能有源滤波器是一种能够主动消除电网中的谐波和间谐波的装置，它通过控制发生器的输出来实现对电网电流的滤波，从而保证电能质量的稳定和高效。

在电力系统中，电能有源滤波器的设计和优化至关重要，它直接关系到电能质量的改善和电源的稳定性。

在设计和优化电能有源滤波器时，需要考虑多个因素。

首先是滤波器的控制策略，包括直流侧电压控制和交流侧电流控制两种方式。

直流侧电压控制是指通过控制滤波器输出端的直流电压来调整电流，而交流侧电流控制是指通过控制滤波器输出端的交流电流来达到滤波的效果。

根据不同的应用需求和电网特性，可以选择适合的控制策略。

其次是滤波器的拓扑结构，包括并联和串联两种方式。

并联结构是指将滤波器与电网并联，使其直接连接到电网中，可以实现较大的容量和灵活的布置。

串联结构是指将滤波器与电网串联，使其处于电网和负载之间，可以有效阻断谐波的传播，提高滤波效果。

根据电网的特点和需求，可以选择适合的拓扑结构。

另外，还需要考虑滤波器的参数设计和优化。

滤波器的参数包括电感、电容和电阻等，它们直接关系到滤波器的性能和效果。

在设计和优化滤波器参数时，需要考虑电网的运行条件、负载特性和滤波器的容量等因素，以实现最佳的电能质量改善效果。

除了滤波器的设计和优化，还需要考虑滤波器的控制和保护。

滤波器的控制是指通过合理的控制策略和算法来实现对滤波器的输出进行调节和控制，以达到滤波效果。

滤波器的保护是指通过合理的保护措施和装置来保护滤波器免受电网异常和故障的影响，提高其可靠性和稳定性。

在电力系统中，电能有源滤波器的设计和优化具有重要的意义。