摘 要

近年来，随着电力系统的发展，电力网中的变压器等传统非线性设备以及整流器、逆变器等现代非线性设备得到了广泛的应用，并且应用范围不断扩大，作为谐波源，其造成的危害也不断扩大。对电力系统和电力设备造成了严重损害。为了解决谐波的污染问题，我们将对谐波抑制进行研究与分析。要提高对谐波抑制的关注程度，更多的了解谐波危害，深入理解谐波的产生的原理，从各个方面综合考虑来选择最合适的滤波方式。国内外都对其进行了广泛的关注。而我国这方面的研究还有些落后，工业上采用的控制和滤波方式也较为陈旧，需要我们大力的发展。本文采用的是并联型有源电力滤波器，并对之进行仿真研究，最后得出结论。

关键词：非线性；谐波；抑制；滤波

Abstract

In recent years, with the development of the power system, traditional non-linear equipment such as transformers in the power grid and modern non-linear equipment such as rectifiers and inverters have been widely used, and the scope of applications continues to expand. As a source of harmonics, the resulting The harm is also expanding. Caused serious damage to the power system and power equipment. In order to solve the problem of harmonic pollution, we will study and analyze harmonic suppression. To increase the degree of attention to harmonic suppression, understand more about the harm of harmonics, understand the principles of harmonic generation in depth, and consider the various aspects to select the most suitable filtering method. It has been widely concerned at home and abroad. China's research in this area is still a bit backward, and the control and filtering methods adopted in industry are relatively old, which requires our vigorous development. In this paper, the parallel active power filter is used, and the simulation study is carried out, and finally a conclusion is drawn.

Key Words：Non-linearity；harmonics；suppression；filtering

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究目的意义 1

1.2 国内外研究现状与进展 1

1.2.1 国外研究现状 1

1.2.2 国内研究现状 2

1.3 本文的主要内容 2

第2章 电力系统谐波分析 4

2.1 谐波的基本概念 4

2.1.1 谐波的产生 4

2.1.2 谐波的数字表达 4

2.2 谐波的危害 5

2.3 谐波源 6

2.4 谐波源的数学模型研究 6

2.4.1 单相桥式整流电路非线性负荷 6

2.4.2 三相桥式整流电路非线性电路 7

2.5 无源电力滤波器 9

2.6 有源电力滤波器 9

2.6.1 有源滤波器的分类 9

第3章 谐波检测方法 12

3.1 i_p-i_q谐波检测理论 12

3.2 i_p-i_q谐波检测原理 13

第4章 并联型APF的工作原理及数学模型 15

4.1 并联APF的基本工作原理 15

4.2 并联APF的数学模型 15

4.3 有源电力滤波器控制方式 18

4.3.1 主电路逆变器的控制方式 18

4.4 并联型APF主电路参数设计依据 20

4.4.1 主电路容量的计算 20

4.4.2 逆变器直流侧电压的计算 20

4.4.3 逆变器直流侧电容值的计算 21

4.4.4 逆变器交流侧电感的计算 21

第5章 有源滤波器仿真分析 22

5.1 仿真电路及主要参数 22

（1）谐波电流检测环节模块 23

（2）PWM 模块 23

（3）非线性负荷模块 24

5.2 仿真结果分析 25

第6章 总结 27

参考文献 28

致 谢 29

第1章 绪论

1.1 研究目的意义

近年来，已广泛使用传统的非线性设备，例如电网中的电源和旋转电动机^[1]，以及现代的非线性设备，例如整流器，电动机和稳压器，并且应用范围不断扩大。当使用这些非线性负载时，它们与电网的电力供应不平衡，并且会对电气系统产生强烈影响，从而严重影响电气系统的电能质量。此外，随着我们经济的飞速发展，基层单位及城市居民用户对于电网的需求一直在增长,电力系统的电能质量也将面临着发展的新机遇及挑战。现阶段，“谐波源”电力设备在用电负荷中所占到的比例愈来愈大,其中对于电能质量要求高的用电负荷其所占到的比例也愈来愈大,尤其是现代信息要求供电可靠性更低及电能质量个性化更显著。因而,谐波的剖析及妥善处理对于电网的正常运行也愈来愈重要,谐波抑制技术设备的发展更是迫在眉睫。

过去,电网中更多采纳的是无源滤波器^[2],它们具备框架结构单纯、效率高、保护方便、技术设备设计、制造实践经验成熟等等特性，但是，由于电能质量要求的总体提高，无源滤波器的缺点逐渐显现出来。传统的无源滤波器不再能够很好地阻挡来自电网的谐波，并且不再能够满足电能质量要求。因此，研究和开发新技术设备可以更好地抑制电网谐波并满足电能质量要求，已经成为近年来国内电力系统研讨领域的热点问题研究课题。用户电网(CustomPower)新技术设备主要是利用储能电网电子器件(如GTO.IGBT.MOSFET等等)组成控制装置,以向用户提供升值的、靠谱的、高质量的电量,同时提升系统的供电可靠性,保障输出功率流品质。有源电力滤波器APF(ActivePowerFilter)是在数字化电力系统中使用的一种重要类型的设备。它们具有动态补偿谐波的优势，因为它们受网络阻抗的影响较小，并且可以动态跟踪负载电流的变化。与传统式的无源滤波器相比，APF在消除或者阻断电力系统谐波方面具备广泛的发展前景及应用前景。因而,有源电力滤波器APF已渐渐成为谐波抑制技术设备的主要研讨方向。

本研究课题将借助于MATLAB仿真软件^[3]，对于电网谐波产生的原因、机理及测试、抑制等基本原理展开剖析及研讨。

1.2 国内外研究现状与进展

1.2.1 国外研究现状

国外是在1960年代后期进行有源电力滤波器的研究。在1969年，BM Bird和JF Marsh发表了一篇论文，描述了一种新方法，该方法通过将三次谐波电流馈入变电站，然后改善电源电流波的形状来减少电源电流的谐波分量。尽管文中没有使用有源滤波器^[4]这个词，但表达方法应该是有有源滤波器基本思想的萌芽。