摘 要

如今，随着电力电子技术的快速发展和电力电子设备的大量普及，各个领域都应用了大量的电力电子装置和非线性负载，使得大量的无功电流涌入电网，谐波电流也会注入电网，严重威胁了电气设备与电网的安全使用和运行，导致电网电压与电流畸变等不良影响。有源电力滤波器（Active Power Filter,APF)可以显著的补偿电力系统中无功和谐波电流。

本文以三相三线有源电力滤波器为研究对象，首先介绍了谐波的危害及治理的必要性，接着简要介绍了APF的历史起源及发展过程，说明了本文在有源电力滤波器方面的设计目的。然后介绍了有源电力滤波器的基本原理、分类，主电路的类型和拓扑结构，接着介绍了谐波电流的几种检测方案和控制方法，并选取基于瞬时无功功率理论的 ip-iq谐波检测方法和电流滞环控制方法作为重点。最后，通过MATLAB/Simulink仿真平台搭建模型得出仿真结果，并通过仿真分析得到有源电力滤波器对谐波具有较好的抑制效果，而且通过试验不同方法下的补偿效果寻找到最优的参数，验证了方案的正确性及可行性。

关键词：谐波；有源电力滤波器（APF）；瞬时无功功率理论；电流滞环控制

Abstract

Now, with the increasing popularity of the rapid development of power electronics technology and power electronics equipment, various fields of application of a large number of power electronic devices and non-linear loads, making a large number of reactive current into the power grid, harmonic current injected into the grid will be a serious threat to the safety of electrical equipment and the use and operation of the grid, resulting in adverse effects such as distortion grid voltage and current. Active Power Filter (Active Power Filter, APF) can significantly compensate for power system reactive and harmonic currents.

In this paper, three-phase three-wire active power filter for the study, first introduced the necessity of harm and harmonic governance, followed by a brief history of the origins and development of the APF, this article describes the terms of the active power filter designed. Then introduces the basic principle of active power filter, category, type and topology of the main circuit, and then introduced several programs to detect and control method of harmonic current, and choose based on instantaneous reactive power theory ip-iq harmonic wave detection method and hysteresis current control method as a key. Finally, MATLAB / Simulink simulation platform to build simulation models obtained simulation results, and has been active power filter has better harmonic suppression effect through simulation, and by compensating for the effect of different methods under test to find the best parameters, verify the correctness and feasibility of the program.

Key Words: Harmonics; Active Power Filter (APF); Instantaneous Reactive Power Theories;Current Hysteresis Control

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 III

第1章 绪论 1

1.1课题的研究背景及意义 1

1.2有源电力滤波器的起源及发展现状 1

1.3谐波及无功的概念 2

1.4研究的目的及任务 5

1.5本章小结 5

第2章 有源电力滤波器的理论基础 6

2.1谐波和无功的抑制方法 6

2.2有源电力滤波器的基本原理 7

2.3有源电力滤波器的分类 8

2.4并联型APF的实现方案 10

2.4.1并联型APF谐波检测方法 10

2.4.2补偿电流控制策略 12

2.4.3直流侧电容电压控制技术 12

2.5并联型有源电力滤波器的参数值的选择 12

2.5.1有源电力滤波器容量的估算 13

2.5.2主电路直流侧电压的选取 13

2.5.3主电路交流侧输出电感值的选择 15

2.6本章小结 17

第3章 并联型APF谐波检测方法 18

3.1 18

3.2谐波检测法 21

3.3 基于谐波检测法的仿真 22

3.4 本章小结 23

第4章 并联型APF补偿控制策略研究 24

4.1 三角波比较法 24

4.2空间矢量电压控制法 24

4.3周期采样控制法 25

4.4滞环比较法 25

4.3本章小结 26

第5章 基于MATLAB的并联型APF的仿真与分析 27

5.1并联型三相三线制APF的主电路模型 27

5.2并联型有源电力滤波器系统整体仿真与分析 29

5.2.1检测电路的仿真分析 30

5.2.2 补偿电路的仿真分析 35

5.2.3整体模块的仿真分析 36

5.3本章小结 40

第6章 结论 41

参考文献 42

致谢 44

第1章 绪论

1.1课题的研究背景及意义

电能是社会极其重要的能源，给人类生产生活各个方便都带来了巨大的利益。70年代以来，随着科技的飞速发展和进步，电力电子装置技术也越来越普及，虽然给人们的生活带来了巨大的方便，但是电力电子装置自身具有的非线性也导致了电网中大量非线性负载的注入，造成了电力系统的严重污染，谐波电流和无功电流大量接入电网，导致电网电流、电压发生畸变，影响了电网的电能质量，影响输电效率和设备的安全运行甚至是正常使用，谐波问题已成为电网的公害^[[1]]。

人们对电力系统的谐波问题早在20世纪20、30年代就开始了 ^[[2]]。到了50、60年代，高压直流输电的进步进一步的推进了人们对消除谐波的渴望。1970年左右日本学者就提出了有源电力滤波器的大致概念和定义，但是因为当时技术的限制没有受到科学界的广泛关注，直到80年代，伴随着全控型半导体器件技术发展的比较成熟和先进，有关有源电力滤波器的技术才得以飞速发展和完善起来，APF的时代才真正的到来。国际上也召开了很多次有关于谐波问题的专业学术会议。APF作为可以改善和提高供电质量的重要技术得到了很多工业发达国家，如日本、美国等的高度重视和在各个领域的普遍应用。

我国对于谐波及无功问题的研究比较落后，20世纪80年代左右才开始进行。1988年出版的《电力系统谐波》书中吴竞昌等人介绍了谐波问题，是我国关于这方面有影响力的专著^[[3]]。夏止道等人在1994年出版的《高压直流输电系统的谐波分析及滤波》是谐波问题的代表性著作^[[4]]。近年来，有源滤波技术被很多科研单位开展了较深入的研究，有些研究已经接近甚至达到国际水平，取得了很好的进展。有源电力滤波器是通过计算，检测出对象中的谐波成分，由滤波器逆变产生大小上相等单相位互差180°的电流注入电网，抵消负载谐波，使电网中只含有基波成分，从而完成滤波的目的。