【正文】 致 謝本文的工作凝聚了許多人的心血。如圖49（b）所示。其中主電路，如第二章所述，采用電壓型PWM變流器構(gòu)成主電路，如圖43所示。 在上述章節(jié)進(jìn)行了諧波檢測(cè)方法和電流控制方法的分析后,選擇了合適的主電路器件類型及相關(guān)參數(shù)確定,利用Simulink環(huán)境下的SimPower System搭建物理模型。MATLAB是一個(gè)高度集成的系統(tǒng)，分為兩部分：核心部分和各種可選的工具箱。圖35定時(shí)瞬值比較PWM控制方法 三角波比較PWM控制方式三角波比較控制方式與其他用三角波作為載波的PWM控制方式不同，它不直接將指令電流信號(hào)與三角波比較，而是將與的偏差經(jīng)比例積分放大器后成為調(diào)制信號(hào)，與三角波發(fā)生電路產(chǎn)生的作為載波信號(hào)的三角波進(jìn)行比較，獲得驅(qū)動(dòng)有源電力濾波器主電路的PWM驅(qū)動(dòng)脈沖。一般選擇二階濾波器就能滿足要求。該方法實(shí)用性好,延時(shí)小,可以同時(shí)檢測(cè)諧波并且補(bǔ)償無功；但是控制電路相對(duì)復(fù)雜,計(jì)算量大。 (29)其中是C允許的最大能量脈動(dòng),λ是電壓脈動(dòng)，根據(jù)具體的補(bǔ)償要求確定上述參數(shù),綜合考慮本文選用儲(chǔ)能電容為4900μF。表23 A相開關(guān)通斷邏輯表icaica* V1V2++斷通+斷VDv2通+VDv1通斷通斷在主電路中,直流側(cè)的電容電壓與交流側(cè)電源電壓之差作用于電感上產(chǎn)生了補(bǔ)償電流,由主電路中的V1V6的通斷情況來決定主電路的工作模式,且任一橋臂上下兩組開關(guān)中的IGBT和Diode必有一個(gè)導(dǎo)通,開關(guān)系數(shù)Ka、Kb、Kc的值與主電路工作模式之間的關(guān)系如表24所示。其中，直流側(cè)電容器或電感儲(chǔ)能裝置是串聯(lián)型和并聯(lián)型有源濾波器所公用的，串聯(lián)有源電力濾波器起到補(bǔ)償電壓諧波、消除系統(tǒng)不平衡、調(diào)節(jié)電壓波動(dòng)或閃變、維持系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性或阻尼振蕩的作用。 有源電力濾波器有源電力濾波器的基本原理是實(shí)時(shí)檢測(cè)電網(wǎng)諧波，利用可控電力電子器件產(chǎn)生與之大小相等、相位相反的電流，注入電網(wǎng)，從而達(dá)到實(shí)時(shí)補(bǔ)償諧波電流的目的。傳統(tǒng)方法是使用無源電力濾波器,利用感性負(fù)載的諧振特性,可以減小流入電網(wǎng)的諧波電流和完成無功補(bǔ)償；雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、易維護(hù),但結(jié)構(gòu)原理上的缺點(diǎn)使得它很難滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)的要求。三相有源濾波器的仿真研究畢業(yè)論文目 錄摘 要 IABSTRACT II目 錄 III第一章 緒論 1 1 1 2 有源電力濾波器研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 3 3 4 4第二章 并聯(lián)型有源電力濾波器 6 有源電力濾波器 6 9 10 10 12 12 12 13 13 13 本章小結(jié) 13第三章 有源濾波器的諧波電流檢測(cè)技術(shù) 15 15 16 PWM控制方式的研究 19 定時(shí)瞬時(shí)值比較PWM控制方式 19 三角波比較PWM控制方式 19 滯環(huán)瞬時(shí)值比較方式 20 21第四章 三相串聯(lián)型有源電力濾波器的建模與仿真 22 Matlab/Simulink仿真軟件及其工具箱簡(jiǎn)介 22 23 有源電力濾波器仿真模型設(shè)計(jì) 24 諧波源建模 24 并聯(lián)型有源電力濾波器建模 24 仿真實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析 28 本章小結(jié) 33第五章 總結(jié)與展望 34II 34 34致 謝 35參考文獻(xiàn) 36IV 第一章 緒論 隨著科學(xué)技術(shù)與現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展,電能在現(xiàn)代社會(huì)工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中成為了不可缺少的重要能源之一。隨著新型電子半導(dǎo)體器件的出現(xiàn)與脈寬調(diào)制技術(shù)的發(fā)展,人們開始致力于APF的研究。諧波源一般為非線性負(fù)載，如整流器等，產(chǎn)生諧波電流Ib；供電系統(tǒng)一般為保護(hù)的對(duì)象；有源電力濾波器表現(xiàn)為流控電流源，它的作用是產(chǎn)生和諧波源諧波電流具有相同幅值而相位相反的補(bǔ)償電流Ib來達(dá)到消除諧波的目的。并聯(lián)變流器起到補(bǔ)償電流諧波不平衡、補(bǔ)償負(fù)荷的無功、調(diào)節(jié)變流器直流側(cè)電壓的作用。表24 主電路工作模與開關(guān)系數(shù)Ka、Kb、Kc的值工作模式 序號(hào)工作模式開關(guān)系數(shù)V1V3V5V4V6V2 K1 K2 K31通通通2/31/31/32通通通1/32/31/33通通通1/31/32/34通通通1/31/32/35通通通1/32/31/36通通通2/31/31/3根據(jù)圖27得到下列微分方程組,式中,KaUc、KbUc、KcUc為主電路各橋臂中點(diǎn)與電源中點(diǎn)之間的電壓；Ka、Kb、Kc為開關(guān)系數(shù),Ka+Kb+Kc=0。 交流側(cè)電感是APF實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償功能正常工作必不可缺的參數(shù)之一,它的主要作用是平衡主電路中各點(diǎn)的電壓,調(diào)整補(bǔ)償電流的相位,使其在降低補(bǔ)償電流中的毛刺紋波,能夠快速跟蹤指令電流,滿足所需的補(bǔ)償效果。目前基于瞬時(shí)無功功率理論的諧波檢測(cè)法主要有pq法、pqr法、dq法、ipiq法四種,其特點(diǎn)比較如表32所示。3）濾波器截止頻率的選擇從提高檢測(cè)精度出發(fā)，希望濾波器的截止頻率選擇得越低越好，但這樣會(huì)引起延時(shí)加大，使動(dòng)態(tài)響應(yīng)過程變慢。三角波比較控制框圖如圖36所示，這樣組成的一個(gè)控制系統(tǒng)是基于把控制為最小來進(jìn)行設(shè)計(jì)的。核心部分有數(shù)百個(gè)內(nèi)部核心函數(shù)。 三相電壓源模塊 通過仿真環(huán)境中的三相可編程電壓源模塊作為該系統(tǒng)的電壓源,該模塊是一個(gè)三相零阻抗電壓源,在模塊中幅值、相位、頻率的變化可以預(yù)先編程。諧波檢測(cè)環(huán)節(jié)如圖44所示。圖410負(fù)載電壓波形可見未加入APF時(shí)，電源電流電壓均存在較嚴(yán)重的畸變。在此對(duì)在整個(gè)過程中給予指導(dǎo)、關(guān)心、建議和幫助過我的所有老師、同學(xué)以及其他人員表示衷心的感謝。 為了把本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)推廣到APF的實(shí)際工程應(yīng)用,則需要更進(jìn)一步的研究工作,只要有以下幾方面: 諧波電流檢測(cè)方法雖然對(duì)元件參數(shù)特性依賴不大,但是動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度不高,需進(jìn)一步研究旨在提高其動(dòng)態(tài)品質(zhì)； 該系統(tǒng)主要針對(duì)小容量APF研究,為了更好的推廣市場(chǎng),還需要進(jìn)一步研究,擴(kuò)充為大容量甚至超大容量電網(wǎng)系統(tǒng)；同時(shí)結(jié)合電力電子技術(shù)的發(fā)展,使得APF研究趨向多重化、多功能化、數(shù)字化；另外對(duì)系統(tǒng)每一個(gè)環(huán)節(jié)的研究應(yīng)考慮實(shí)際要求與成本,旨在滿足實(shí)際要求的同時(shí)節(jié)約成本； 為了更好的驗(yàn)證該系統(tǒng)的可行性與有效性,可搭建硬件系統(tǒng),對(duì)系統(tǒng)提出的算法及外圍電路進(jìn)行深入研究。未加入APF時(shí)，電源電流波形如圖49（a）所示：圖49(a) 未加入APF時(shí)電源電流波形未加入APF時(shí)，電源電流頻譜分析圖如圖49（b）所示：圖49（b） 未加入APF式電源電流頻譜分析未加APF時(shí)，出現(xiàn)大量的五次和七次諧波。圖42 阻容負(fù)載三相不控整流橋模型 并聯(lián)型有源電力濾波器建模并聯(lián)型有源電力濾波器主要包括：主電路環(huán)節(jié)、諧波檢測(cè)環(huán)節(jié)、補(bǔ)償電流跟蹤控制環(huán)節(jié)以及直流側(cè)電壓控制環(huán)節(jié)等，如圖41。基于MATLAB的優(yōu)點(diǎn)與本系統(tǒng)的特點(diǎn)，本文采用Simulink的Power Systems工具箱建立了三相電源，諧波負(fù)載和APF變流器主電路的仿真模型，用MATLAB語言編程來實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)負(fù)載電流中的諧波電流分離計(jì)算的仿真，而對(duì)變流器的控制采用Simulink和Power System相結(jié)合的辦法進(jìn)行仿真，比較真實(shí)地對(duì)整個(gè)APF系統(tǒng)的工作進(jìn)行建模和仿真，同時(shí)驗(yàn)證控制算法的性能。MATLAB在許多學(xué)科領(lǐng)域中成為計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和分析、算法驗(yàn)證以及應(yīng)用開發(fā)的基本工具和首選平臺(tái)。這樣，時(shí)鐘信號(hào)的頻率便限定了開關(guān)器件的最高工作頻率，使之不能超過時(shí)鐘頻率的一半，從而避免了因?yàn)殚_關(guān)頻率過高而導(dǎo)致開關(guān)器件的損壞。為了保證電流檢測(cè)方法既具有較高的檢測(cè)精度，同時(shí)又有著較快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，必須合理選擇低通濾波器的類型、階數(shù)和參數(shù)。基于瞬時(shí)無功功率理論的諧波檢測(cè)法基于瞬時(shí)無功功率理論的諧波檢測(cè)法最早是于1983年由日本學(xué)者赤木泰文()提出,基于此理論有源濾波器研究是現(xiàn)今最廣泛使用的諧波檢測(cè)方法。電容容量越大,則允許認(rèn)的波動(dòng)范圍越小,系統(tǒng)的補(bǔ)償性能越好。以A相為例,對(duì)V1，V2的通斷控制情況如表23所示,B相、C相開關(guān)通斷情況一樣[4]。它綜合了串聯(lián)型和并聯(lián)型兩種結(jié)構(gòu)，共同組成一個(gè)完整的用戶電力裝置來解決電能質(zhì)量的綜合問題。第二章 并聯(lián)型有源電力濾波器有源電力濾波器（Active Power Filter,簡(jiǎn)寫APF）是一種用于動(dòng)態(tài)抑制諧波和補(bǔ)償無功的新型電力電子裝置，它能對(duì)頻率和幅值都變化的諧波跟蹤補(bǔ)償，且補(bǔ)償特性不受電網(wǎng)阻抗的影響，可以有效的隔離系統(tǒng)與諧波源，補(bǔ)償效果好，因而在國(guó)內(nèi)外都受到了廣泛的重視。 被動(dòng)型手段添加濾波裝置主動(dòng)型諧波治理手段雖然可以有效的限制諧波的產(chǎn)生,但不可能徹底消除諧波,目前諧波治理的有效手段是添加濾波裝置。目前,世界各國(guó)供電系統(tǒng)幾乎都采用正弦供電方式,理想狀況下,電網(wǎng)可近似為一個(gè)線性時(shí)不變系統(tǒng)；但是隨著電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展,在現(xiàn)代化生產(chǎn)(特別是冶金、鋼鐵、化工）交通、樓宇自動(dòng)化及日常家庭生活中廣泛地應(yīng)用各種電力電子裝置,電力系統(tǒng)中的非線性負(fù)載比重不斷增大,電流和電壓波形產(chǎn)生周期性畸變。APF與PPF特點(diǎn)比較如表ll所示:表11 無源濾波器與有源濾波器的比較無源濾波器有源濾波器工作原理由LC等被動(dòng)元件組成，將其設(shè)計(jì)為