【正文】 有源電力濾波器優(yōu)于傳統(tǒng)的無源濾波器的顯著特點之一就是它能夠動態(tài)地跟蹤負載諧波電流的變化，對諧波電流進行動態(tài)補償，所以它的動態(tài)補償特性是其重要的性能指標。本文用MATLAB 對三相三線制并聯(lián)有源電力濾波器系統(tǒng)進行仿真研究，仿真電路 所示。假設有源電力濾波器的補償容量Sc，則由式可得: (4一9)因此,確定了裝置的補償容量和允許的直流側電壓波動之后，就可根據(jù)式(4一9)確定電容的容量。但有源電力濾波器在實際運行時，很難將主電路直流側電壓控制在一個恒定值，直流側電壓隨補償電流和補償器工作模式的改變而改變，在允許的給定范圍內波動。滯環(huán)比較控制方式具有硬件電路簡單、電流響應快、不需要載波輸出電壓中不含有特定頻率諧波分量等特點。4．2．2有源電力濾波器電流跟蹤控制技術有源電力濾波器的性能很大程度上依賴于控制器的水平，設計良好的控制器，選用合適的控制策略非常關鍵。為了取得理想補償特性，APF電流控制方法的選擇十分重要。當有源電力濾波器需要同時補償諧波和無功時，就需要同時檢測出補償對象中的諧波電流和無功電流。定義1：相的瞬時無功電流(瞬時有功電流)為三相電路瞬時無功電流(瞬時有功電流)在軸上的投影，即式(3—14),(3—15)。是目前波動諧波和快速變化諧波的主要檢測方法。優(yōu)點是原理和實現(xiàn)電路簡單、造價低、輸出阻抗低、品質因素易于控制。由于電力系統(tǒng)中大多數(shù)諧波源為諧波電流源要補償諧波就要有一個APF向電流型諧波源提供諧波電流，從而，電源只向諧波源提供基波電流。諧波源分為諧波電流源和諧波電壓源件，這是諧波產生的根本原因。對諧振頻率處的諧波，無源濾波器呈極低阻抗。另外，串聯(lián)型APF 經過耦合變壓器串聯(lián)接入電網，相當于一個受控電壓源，流過正常負荷電流，損耗較大。LC 濾波器的濾波原理是提供一并聯(lián)低阻抗通路，因此其濾波特性是由系統(tǒng)和濾波器的阻抗比所決定的，但無源電力濾波器也因此就存在以下缺點： （1）由于無源電力濾波器的濾波特性受系統(tǒng)參數(shù)與系統(tǒng)運行的工況影響比較大，想要設計得很理想往往比較困難，且諧振頻率依賴于元件參數(shù)，因此只能對主要諧波進行濾波。（5）LC無源濾波法。諧波還會對以下設備產生影響：使斷路器斷弧困難，斷路器開斷能力降低；引起避雷器諧波過電壓而損害；延遲或阻礙消弧線圈滅弧作用；電壓互感器由于諧振而損害；增大中性線電流；電視機圖像變壞、翻滾：收音機引起雜音；微機系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、自動錄波系統(tǒng)出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失、誤動、誤顯示和波形異常等。由于電容器的容抗與頻率成反比，因諧波電壓作用下的容抗要比在基波電壓作用下的容抗小得多，從而使諧波電波形畸變比基波電壓的波形畸變大得多，即使電壓中諧波所占比例不大，也生顯著的諧波電流。諧波電流一方面在輸電線路上產生諧波壓降，另一方面增加了輸電線路上的電流有效值，從而引起附加輸電損耗。其主要為各種交直流變流裝置（整流器、逆變器、斬波器、變頻器）以及雙向晶閘管可控開關設備等。雖然變壓器個體一般產生的諧波較小或很小，但其群體產生的諧波總和則相當大。理論上任何周期性波形都可以分解成傅立葉級數(shù)形式，稱為諧波分析或頻域分析。(1) 首先對課題的背景和國內外諧波問題及其現(xiàn)狀進行了描述。從1984年開始，每兩年召開一次的電力系統(tǒng)國際諧波會議(ICHPS)為這個領域的國際交流提供了直接的渠道，正推動著諧波研究工作深入開展。改善電能質量，既需要供電部門提高供電質量，同時在用戶側就地改善電能質量也是很有必要的，相關標準明確指出：用戶的非線性負荷、沖擊性負荷、波動負荷、非對稱負荷對供電質量產生影響或對安全運行構成干擾和妨礙時，用戶必須采取措施加以消除。最近幾十年，電力諧波的研究，已經滲透到了許多其它學術領域，并且形成了自己特有的理論體系、分析研究方法、控制與治理技術、監(jiān)測方法與技術、限制標準與管理制度等?？偟膩碇v，目前我國有源電力濾波技術的工業(yè)應用，仍處于試驗和攻堅階段，特別是在既治理諧波又補償無功功率的HAPF系統(tǒng)方面，還有許多基礎理論與技術有待于深入研究。 正弦電壓施加在線性無源元件電阻、電感和電容上，其電源和電壓分別為比例、積分和微分關系，仍為同頻率的正弦波。諧波源是指各類特定的用電設備，即非線性用電設備，或稱非線性電力負荷。鐵心的飽和程度越高，變壓器工作點偏離線性越遠，諧波電流也就越大。 諧波研究的意義，在于諧波的危害十分嚴重，主要表現(xiàn)在以下幾個方面： （1）引起供電電壓畸變。一般來說，電壓升高10％，電容器壽命縮短1／2。 （10）干擾通信系統(tǒng)。在電力系統(tǒng)，中并聯(lián)電容器組可以改善無功，起改善功率因數(shù)和調節(jié)電壓的作用。雙調諧的LC 濾波器同時可以濾除兩種頻率的諧波；也可以作成多階的，但因其電路復雜，所以應用較少。這種裝置并聯(lián)接入電網，相當于一個受控電流源，消除電流型負載的諧波。對基波而言，APF 呈幾乎為零的極低阻抗，不消耗基波功率。 并聯(lián)有源電力濾波器補償特性的研究并聯(lián)型APF不是一種理想的補償裝置，其補償特性會受到諧波源特性的影響。誤差可以分為：幅值誤差和相位誤差，會影響有源電力濾波器的補償特性，使諧波源的諧波不能徹底完全補償。它們的有效值為： 同理可以寫出B，C 兩相電流的表達式，分別如下： (27) (28)以上分析可得出以下結論：（1）各次諧波對基波的比值，也就是諧波的含有量，與諧波的次數(shù)成反比；（2）三相橋式整流電路中只含有（6k177。數(shù)字顯微鏡”的美譽。即 (37) (38) 將方程式(25)、式(26)及代入方程式(27)、(28)中，得出：寫成矩陣形式為： (39) 式中 三相瞬時電壓可以表示為： (310) 將式(210)代入(21)得： (311) 將式(211)代入(29)得 (312) 因為，所以： (313) 其中：在傳統(tǒng)理論中，對有功功率和無功功率的定義是基于平均值或者向量的，他們只有在電壓和電流是正弦波的時候才有意義。所以濾波得到的直流分量、和電網中的基波電流是相互對應的。電阻、電感、電容組成高通濾波器與有源濾波器并聯(lián)，其作用是濾除補償電流中開關頻率附近的諧波成分。是的給定值，是的反饋值，兩者之差經PI調節(jié)后得到出。分別用高低電平去控制PWM逆變器電力電子期間的導通和關斷。 單周控制（OneCycle Control，occ）不存在暫態(tài)誤差，是一種非線性控制方法，具有反應快、開關頻率恒定、魯棒性強、控制電路簡單和良好的穩(wěn)定性能等優(yōu)點，但是一種新的理論，還要等待時間的檢驗。設有源電力濾波器交流側的瞬時功率為Pc(t): (44)上式中，uc(t)、ic(t)分別為有源電力濾波器交流側的三相電壓、電流瞬時值。 三相三線制并聯(lián)有源電力濾波器結構圖如圖所示，主電路工作情況是由6 組開關器件的通斷組合所決定的。介紹了電力諧波的基本概念以及非線性負荷諧波源的產生和影響，并對幾種典型的非線性諧波源進行了分析。通過本次畢業(yè)設計，讓我對諧波抑制方面有了比較全面的了解。整流器的直流側為阻感性負載，R=15Ω，L=20e3 H。 假定e為系統(tǒng)電壓，直流側電容電壓為Udc，其中電壓都以系統(tǒng)中性點o為參考點，: (410)引入開關函數(shù)Sa、Sb、Sc，定義為: (411)相應APF交流側相電壓為: (412)不計零軸分量，則有: (413)由式(410)、(411)、(412)得: (414)把(414)帶入式(412)，則APF交流側相電壓: (415)將(415)代入(410)，忽略APF交流側電阻影響，得: (416)APF主電路開關器件的開通與關斷，是由采樣時刻的指令電流Ic*與實際補償電流ic作差得到的△Ic。當直流側電壓一定時，電容值越小，則直流側電壓波動越大，影響有源電力濾波器的補償效果。環(huán)寬的選取是根據(jù)電力系統(tǒng)絕對電流變化的要求決定的，電流畸變的邊界值是總電流的5％左右。 PWM控制原理PWM(Pulse Width Modulation)控制就是對脈沖的寬度進行調制的技術。通常，直流側電壓隨補償電流和變流器工作模式的變化而變化，在允許的給定范圍內波動。對于三相三線制電路，當三相電壓發(fā)生畸變時，不論三相電壓和三相電流是否是對稱的，通過諧波檢測算法得到的結果都有誤差,只是誤差的情況會有所不同。 (314) (315)定義2：三相電路各相的瞬時無功電流(瞬時有功電流)是兩相瞬時無功電流(瞬時有功電流)通過兩相到三相變換所得到的結果。三相電路瞬時無功功率理論由Fryze、Quade和Akagi(赤木泰文等提出)，隨后得到了廣泛深入的研究并逐步完善。 2．基于Fryze傳統(tǒng)功率定義的諧波檢測法原理是將負荷電流分解為與電壓波形一致的分量(“有功電流”)，其余分量作為廣義無功電流(包括諧波電流)。 諧波源的數(shù)學模型的研究 單相橋式整流電路非線性負荷，設電源電壓為 ，式中U為電源電壓有效值，為基波電壓和電流的相位差。因此，此類非線性負載可以認為是諧波電流源。這種結構的缺點是：在低次諧波及其它頻率處，要使APF 的等效諧波電阻遠遠大于無源濾波器等效阻抗是很難的，因此對電網中閃變分量，用該方法不能實現(xiàn)隔絕；當負載電流中存在無源濾波器不能濾除的諧波時，由于APF 強制這部分諧波流入PPF，這將在負載入端產生諧波電壓；由于APF 串聯(lián)在電路中，絕緣較困難，維護也不方便；在正常工作時，注入變壓器仍然跟單獨使用的串聯(lián)型APF 中一樣流過所有負載。3．混合型APF（HAPF）由于受開關器件限制，高頻變流器容量有限，且其造價隨容量增大而急劇增加，于是便提出各種APF 和PPF 相結合的混合型APF（HAPF），可以減少有源部分容量，提高裝置經濟性。 有源電力濾波器介紹作為一種新型的補償方式，有源電力濾波器（Active Power Filter，簡稱APF）以其對電網負載、系統(tǒng)參數(shù)變化的自適應能力和較高的反應速度被認為是最具發(fā)展?jié)摿Φ臒o功和諧波補償方法。當諧振回路的諧振頻率和某一高次諧波電流頻率相同時，則可將該次諧波電流濾除，使其不會進入電網。如：整流相數(shù)為6 相時，5 %，7 次諧波電流為基波電流的12%，如果將整流相數(shù)增加到12 相，則5 %，7 次諧波電流下降到3%。當有諧波畸變時，依靠采樣數(shù)據(jù)或過零工作的數(shù)字繼電器容易產生誤差。據(jù)有關資料介紹，諧波的影響將使電纜的使用壽命平均下降約60％。如果整流裝置為三相全控橋6 脈整流器，則變壓器原邊及供電線路上含有五次及以上奇次諧波電流成分；如果是12 脈沖整流器，也還有11 次及以上奇次諧波電流成分。因為發(fā)電機雖然也產生主要構成零序分量的三次諧波，但基本上不存在三次諧波端電壓，因此不向電網注入三次諧波。以上公式及定義均以非正弦電壓為例，對于非正弦電流的情況也完全適用，把式中改成即可。隨后對非線性負荷諧波源建立了數(shù)學模型，并用數(shù)學公式推導得出了結論。電氣化鐵道具有牽引重量大、速度高、節(jié)約能源、對環(huán)境污染小等優(yōu)點，電力牽引己成為我國鐵路動力改造的主要方向。20世紀80年代以來，隨著電力電子技術的發(fā)展，非線性電力電子器件和裝置在現(xiàn)代工業(yè)中得到廣泛應用，不少用戶對電能的利用都要經過電力電子裝置的轉換和控制，這些裝置給人們生產和生活帶來方便和效率的同時，使電力系統(tǒng)的非線性負荷明顯增加。諧波研究及其抑制技術已日益成為人們關注的問題。1991年北方交通大學王良博士研制出3KVA的無功及諧波的動態(tài)補償裝置；同年，華北電力科學院和冶金自動化研究院聯(lián)合研制了用于380V三相系統(tǒng)的33KVA雙極面結型(BJT)叫電壓型濾波器；采用多重化技術剛，西安交通大學研制出120KVA并聯(lián)型有源濾波器的實驗樣機。諧波實際上是一種干擾量，污染電網，影響電能質量。表2．1公用電網諧波電流(相電流)限值