基于单周控制的并联型有源电力滤波器的设计
基于DSP原理的并联型有源滤波器的设计..
第一章绪论随着社会的发展和科技的进步尤其是电力电子装置的广泛应用，一方面电力系统中的谐波污染随着非线性负载的数量和容量日益增加而日趋严重，另一方面供电方及其电力系统设备、用户及其用电器对电能质量的要求也越来越高，因此对电力系统的谐波污染进行综合治理已成为摆在科技工作者面前的一个具有重要现实意义的研究课题。
1.1谐波的危害国际上公认的谐波含义为：“谐波是一个周期电气量的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍”。
由于谐波的频率是基波频率的整倍数，也常称之为高次谐波。
在国际电工标准(IEC555-2，1982)和国际大电网会议(CIGRE)的文献中定义：“谐波分量为周期量的傅里叶级数中大于1的h次分量”。
IEEE标准中(参见IEEE标准519～1981)定义为：“谐波为一周期波或量的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍”。
谐波是由与电力系统相连的各种非线性负载产生的。
造成系统正弦波形畸变、产生谐波的设备和负荷称为谐波源。
一切非线性的设备和负荷都是谐波源。
当电力系统向非线性设备及负荷供电时，这些设备或负荷在传递、变换、吸收系统发电机所供给的基波能量的同时，又把部分基波能量转换为谐波能量，向系统注入大量的高次谐波，使电力系统的正弦波形畸变，电能质量降低，损坏系统设备，威胁电力系统的安全运行，增加电力系统的功率损耗等，给系统带来危害。
在大多数情况下，电网中的谐波成分可能不会对电网和电气设备构成严重的威胁，但在一定条件下，谐波成分会严重影响电气装置及联到该装置上的设备的正常运行，甚至会影响电力系统本身的安全稳定运行目前电力系统谐波已成为影响电能质量的公害，其危害主要表现在以下几个方面[1]：（1）对电力系统的危害谐波使公用电网中的元件产生了附加的谐波损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率，大量的3次谐波流过中性线时会使线路过热甚至发生火灾。
谐波影响各种电气设备的正常工作。
谐波对电机的影响除引起附加损耗外，还会产生机械振动、噪声和过电压，使变压器局部严重过热。
毕业设计—并联型有源电力滤波器的设计.
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。
并联型有源电力滤波器的控制算法研究
II
独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
学位论文作者签名： 日期： 年 月 日
华中科技大学 硕士学位论文 并联型有源电力滤波器的控制算法研究 姓名：姚杰 申请学位级别：硕士 专业：控制理论与控制工程 指导教师：关治洪 20090529
华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文
摘
要
谐波污染问题向电网供电质量提出了严峻的挑战， 有源电力滤波器 (APF)做为 治理谐波最有效的方案， 一度成为国内外研究的热点。 随着APF主电路结构逐步走向 成熟，电流控制方案的好坏成为影响有源电力滤波器性能的最主要因素之一。现行 的控制方法较多，不同的控制算法各有自身优、缺点，针对不同的谐波源选择合适 的控制方法，将能够更好的发挥APF系统治理电网谐波的作用。 本文以并联型 有源电力滤波器作为研究对象，分析了其基本工作原理，建立了 数学模型，并以此为基础推导出主电路电容、电感等参数设计原理，为后续仿真研 究提供了强有力的理论支持。 本文重点将滞环控制、比例积分并联重复控制、迭代PI控制三种控制算法应用 于APF系统电流环控制，并进行了深入的对比研究。结合各控制算法的原理，推导了 滞环环宽与开关频率的关系函数，提出了 重复控制 和迭代PI控制在“内模”结构上 的一致性。最后本文通过Saber软件搭建了三相三线制并联型APF系统的仿真平台， 选用基于瞬时无功功率理论的谐波检测方法， 从不同角度对比了三种控制算法下APF 系统的性能，给出了仿真波形、频谱分析和对比数据，验证了滞环控制各参数之间 的联系、 PI+重复控制和迭代PI控制在性能表现上的相似性， 并对各控制算法下的APF 系统响应速度、稳态精度、动态性能、鲁棒性，以及受开关频率的影响程度等方面 进行了详细对比研究，最后对仿真结果进行归纳总结，研究结论对用户针对不同谐 波源选取合适的控制算法具有一定的参考价值。
基于DSP的并联型有源电力滤波器控制系统设计
收稿日期:2010-12-08作者简介:贾红芳(1978 ),女,山西侯马人,湛江师范学院信息科学与技术学院讲师,硕士,从事电力系统谐波的分析与治理的应用研究.2010年12月第31卷第6期湛江师范学院学报JOURNAL OF ZH ANJIAN G NORMA L COLLEGE Dec ,2010Vol 31 No 6基于DSP 的并联型有源电力滤波器控制系统设计贾红芳,费 娟(湛江师范学院信息科学与技术学院,广东湛江524048)摘 要:提出并实现了一种基于数字信号处理器(DSP)的三相三线制并联有源电力滤波器装置,介绍了该装置的系统结构、硬件平台及软件设计.实验证明该装置有良好的跟踪和补偿效果,谐波得到抑制,电网波形接近正弦波,达到预期效果关键词:DSP ;T M S320F2407A ;控制系统;硬件设计中图分类号:T M 76 文献标识码:A 文章编号:1006-4702(2010)06-0133-04有源电力滤波器(APF Active Pow er Filter)是近年来发展起来的一种抑制电网谐波的先进手段[1].随着电力电子技术及数字信号处理技术(DSP)的发展,电力电子器件功率的增加及控制方法的改进,对电能质量提出了越来越高的要求,使APF 在电力系统中的研究与应用也越来越广泛.同时随着高速数字信号处理器DSP 的广泛应用及其性价比的日益提高,有源电力滤波器的数字控制方案也取得了很大的进步[2].本文以TM S320F2407A 芯片为核心设计了一套全数字化控制方案,不仅用DSP 来进行负载电流的处理和分离,而且构成PWM 变流器时全部采用软件来实现.用这种方法,可以充分利用DSP 中的功能,减少硬件电路,使得硬件电路更为简单.1 APF 的系统结构本设计APF 的控制系统是基于DSP 构成的,主要包括主电路、电流检测、同步信号的产生等硬件电路的设计以及控制部分软件的设计.并联有源电力滤波器的系统结构框图如图1所示,主要由3大部份组成;主电路(变流器)部分、电流电压检测部分、DSP 控制部分.1.1 主电路(变流器)设计通常采用的主电路,根据其直流侧贮能元件的不同,可分为电压型和电流型.与电压型PWM 变流器相比,电流型PWM 变流器的一个优点是,不会由于主电路开关器件的直通而发生短路故障,但是由于电流型PWM 变流器直流侧大电感上始终有电流流过,该电流将在大电感的内阻上产生较大的损耗,因此目前较少采用.不过随着对超导贮能磁体研究的进展,一旦超导贮能磁体实用化,必然可以取代电感器,促使电流型PWM 变流器的应用增多.本文主电路采用三相电压型PWM 变流电路,其结构如图2所示.根据电网和负载的情况,设计时确定并联型有源电力滤波器的额定工作条件如下:电源电压:220V;负载功率:< 3.3kVA(根据负载的参数确定);主电路电流:0~ 5A;并联型有源电力滤波器的额定容量:1kVA.1.2 电流、电压检测设计湛江师范学院学报(自然科学)第31卷图1 系统结构框图图2 并联型有源电力滤波器主电路结构电流检测信号包括i La 、i Lb 、i L c 、i ca 、i cb 、i cc 见图1.为了通过无功功率理论分离出谐波,要检测i La 、i Lb 、i L c 电流,控制主电路IPM 工作还要检测i ca 、i cb 、i cc 电流.电流检测用CSK7-5A 直测式霍尔电流传感器,用霍尔电流传感器比互感器有更大的带宽[3].电流检测电路如图3所示:通过调整电阻R 3和R 4使测量的电流值调整到0V~3V 之间,这样可以满足DSP 对输入信号的要求,这一点很重要.图3 电流检测电路图图4 电压检测电路由电压检测可得到sin t,再将a 相电压送入过零比较器转换成为波信号,从而可得到a 相电网电压的频率 由于sin t 是随时间变化的,故在软件部分可采用查表法得到每一点的sin t 值 程序中可将sin t 表做成100点,再采用锁相环电路将a 相电压信号100倍频,通过查表程序可得sin t 的值,电路图见图42 APF 硬件平台的实现实验系统结构见图5,系统主要由三相电源、模拟信号处理、A 相电源电流同步信号产生、A/D 转换及数字信号处理、数据处理及输出5大模块组成.实验系统信号来源是380V 交流电,谐波源是由阻感负载三相不控整流桥产生.三相电流经过CSK7~5A 霍尔元件将电流信号转换成电压信号,再通过幅值调节使其成为满足DSP 输入信号要求的0~ 3.3V 电压范围,分别连接到T M S320F2407A 的112、110、107管脚进行A/D 转换[4].134贾红芳等:基于DSP的并联型有源电力滤波器控制系统设计图5 实验系统结构开始系统初始化捕获功能初始化布判断外部上升沿是否到来否是启动定时器T 4进行A/D 转换查表求sin t 、cos t 的值计算谐波电压结束图6 主程序流程图同步电压信号是a 相电压经过电压互感器PT 204C,再通过运算放大器LM 353整形后进入锁相环CD4046进行100倍频,连接到TM S320F2407A 的88管脚作为A/D 转换信号的触发信号,保证相位的同步性[5].3 APF 系统软件的设计软件实现的主要功能是外部电路送来的A 相电流同步方波信号的捕获、定时器启动、A/D 转换启动、产生标准正余弦值、计算谐波电压补偿指令、数据输出.主程序流程见图6.4 实验结果及分析实验系统信号来源是相位互差2/3的三相工频(50H z)380V交流电,谐波源是由阻感负载三相不控整流桥产生,电感80mH 、电阻22 .采用数字式示波器和电能质量分析仪记录实验波形.图7所示为补偿前的电流信号,其中通道1显示A 相电流.图8为补偿后的电流波形图;图9所示为补偿前电流的FFT 波形,图10为补偿后的电流FFT 波形.图7 补偿前的电流波形图图8 是补偿后的电流波形图135第6期湛江师范学院学报(自然科学)第31卷图9 补偿前电流的FFT波形图10 补偿后的电流FF T波形补偿后的电流波形如图10,从图中看出,补偿后的电流波形部分有干扰,使补偿的效果受到影响.从补偿前后的FFT波形可以看出,补偿前的电流中以5、7次谐波为主,畸变率分别为17.75%和8.73%.补偿后5、7次谐波明显减少,畸变率分别为4.02%和3.61%.5 结 论本文介绍了一种基于DSP芯片T MS320-2407A实现的并联型有源电力滤波器实验装置.实验结果表明,基于DSP的APF数字化控制系统对产生谐波源的负载有很好的补偿效果,从电源侧观察,谐波得到了很好的抑制.以DSP芯片实现所有控制环节,减少了电路的其它器件,简化了电路,提高了系统集成度,降低了成本;同时获得了较高的计算速度和计算精度.参考文献:[1]T i公司.Space-V ector PW M Wit h T M SC24x/F24x U sing Har dw are and Soft war e D et ermined Sw itching P atterns[EB/OL] [2006-07-20].http://w w /ems/Pow er Conver ter.[2]潘军,王君艳.基于DSP的有源电力滤波器控制系统设计[J].微处理机,2007,2(1):11-12.[3]白忠敏,何见光.电流互感器的合理选择与综合利用[M].北京:中国电力出版社.1998.[4]刘和平,严利平,张学锋,等.T M S320L F240x DSP结构、原理及应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2002.[5]张雄伟,曹铁勇.DSP芯片的原理与开发应用[M].2版 北京:电子工业出版社,2000.Design of DSP Control System for Shunt Active Power FilterJIA H ongfang,FEI Juan(School of Information Science and Technology,Zhanjiang Normal College,Zhanjiang524048,Guangdong,China)Abstract:A kind of shunt active pow er filter(APF)of three phase and three w ir es device based on dig ital sig nal processor w as desig ned and the dev ice structur e,hardw are and so ftw are design w er e intr oduced. The experimental r esults show that expected effects of g ood suppression of harmonic w as achieved.The w av eform of g rid current is quite close to sine w ave.Key words:DSP;T MS320F2407A;contr ol system;hardw are design136。
并联型有源电力滤波器的仿真及软件设计的开题报告
并联型有源电力滤波器的仿真及软件设计的开题报告一、研究背景及意义随着电力质量的要求越来越高，功率电子设备引起的电磁干扰和谐波越来越重要。
为了解决这个问题，有源电力滤波器作为一种有效的方式受到了广泛关注。
有源电力滤波器是一种由电源端的电子开关器和控制电路、滤波元件、并联式逆变器等组成的滤波器，可有效地抑制谐波和其他短时波形干扰。
并联型有源电力滤波器由于其能够实时响应电网的负载需求，因此在工业运行中获得广泛应用。
在现代交流电力系统中，为了满足市场需求，需要开发具有高性能的电力滤波器。
因此，深入研究并联型有源电力滤波器是非常有意义的。
二、研究内容和方法本文将主要研究并联型有源电力滤波器的仿真及软件设计，研究内容包括以下几个方面：1. 建立并联型有源电力滤波器的模型，分析其工作原理、电路结构和参数设计。
2. 借助MATLAB/Simulink软件，建立并联型有源电力滤波器的仿真模型，分析其电路性能、控制策略和参数设置。
3. 借助C语言编程，进行并联型有源电力滤波器的控制器设计，实现滤波器的自适应控制功能。
4. 对仿真结果和实验结果进行对比分析，验证本文设计的并联型有源电力滤波器的控制算法的有效性和可靠性。
重点研究方法包括理论分析、电路仿真、软件和硬件调试等。
三、预期成果和意义通过本文的研究，将得到以下成果：1. 建立了并联型有源电力滤波器的电路模型，并分析了其工作原理和参数设计方法。
2. 借助MATLAB/Simulink软件，建立了并联型有源电力滤波器的仿真模型，验证了其电路性能和控制策略的正确性。
3. 借助C语言编写控制器程序，实现了并联型有源电力滤波器的自适应控制功能。
4. 经过仿真和实验对比验证，本文所提出的并联型有源电力滤波器的控制算法在其抑制谐波性能、稳定性、可靠性等方面有较好的表现。
本文研究的成果对提高工业电力品质，优化电力系统的运行和可靠性，促进工业现代化具有重要的意义。
并联型有源电力滤波器控制方法研究
并联型有源电力滤波器控制方法研究并联型有源电力滤波器是一种用于消除电力系统中谐波和电力质量问题的重要设备。
随着电力负荷的增加和电力质量要求的提高，对并联型有源电力滤波器的控制方法进行研究具有重要意义。
在传统的电力滤波器中，由于其无源特性，只能消除电力系统中的谐波，对电力质量问题的改善效果有限。
而有源电力滤波器则通过引入可控电源实现了主动补偿，可以同时对谐波和电力质量问题进行有效的处理。
在并联型有源电力滤波器的控制方法研究中，一个关键问题是如何确定滤波器的控制策略。
一种常用的控制策略是基于电流环的控制方法。
在这种方法中，通过测量电流的大小和相位，控制滤波器的输出电流与电网电流保持一致，从而实现电力质量的改善。
另一种控制方法是基于电压环的控制方法。
在这种方法中，通过测量电网电压的大小和相位，控制滤波器的输出电压与电网电压保持一致，从而消除电力系统中的谐波。
这种方法的优点是可以根据电网电压的变化实时调节滤波器的输出电压，适应不同的电力负荷和电力质量要求。
除了电流环和电压环控制方法之外，还有一种基于自适应滤波的控制方法。
在这种方法中，通过测量电网电压和电流的谐波成分，自动调整滤波器的参数，使其能够消除谐波和电力质量问题。
这种方法的优点是可以根据实际情况自动调整滤波器的参数，提高滤波器的性能。
综上所述，对并联型有源电力滤波器的控制方法进行研究，可以有效改善电力系统中的谐波和电力质量问题。
不同的控制方法适用于不同的应用场景，需要根据实际情况选择合适的控制策略。
随着科技的不断进步，相信对并联型有源电力滤波器控制方法的研究将进一步完善，为电力系统的可靠运行和电力质量的提高提供更好的支持。
基于TMS320LF2812的并联型有源电力滤波器的设计与实现
Байду номын сангаас
（ ．Ｇｕ ｎ ｚ ｏ ｏ ｕ ｔ ｉ ｒ ｍｏ ｉｎ Ｃｅ ｔｒ １ ａ ｇ ｈ ｕＰｒ ｄ ｃｉ ｔ ｐｏ ｔ ｎｅ ，Ｇｕ ｎ ｚ ｏ １ ０ １ ｖ ｙ ｏ ａ ｇ ｈ ｕ ５ ０ ９ ，Ｃｈｎ ｉａ
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通 毪 电 凉 技 术
２１ ０ １年 ７月 ２ ５日第 ２ ８卷第 ４期
Ｔｅｅ ｏ Ｐｏ ｒＴｅｈ ｏｏ ｙ ｌｃ ｍ ｗｅ ｃ ｎ ｌｇ Ｊ １ ５，２ １ ，Ｖｏ．２ ． ｕ．２ ０ １ １ ８ Ｎｏ ４
文章 编号：章编 １ ９６ （ １ ０－００ 文 号： ０３６ ２ １ ４０１４ ｏ — ４ ０ ） ０ —
ｌ
譬
基 于 Ｔ ３ ０ Ｆ ８ 并 联 型 ＭＳ ２ Ｌ ２ １ ２的 有 源 电力 滤 波 器 的设 计 与 实现 ＊
郑国雄“
（ ．广州 生产 力促 进 中心 ， １ 广东 广州 ５ ０９ ；．广东工业大学 自动化学 院， １０ １ ２ 广东 广州 ５ ０ ０ ） １０ ６
并联型有源电力滤波器输出LCL滤波器研究
０ 引 言
随着现 代工 业技 术 的发展 ，人量 的 电力 电子装 置 中采 用 了大功 率开 关器件 ，使 电力 电子装置 实现
ｌ
滤 波 器 的分 析
带￡ 滤 波器 的并 联型有 源 电力滤波 器 （Ｐ ） Ａ Ｆ 的
系 统 结构 图如 图１ 示 。其 中， 是 网侧 电压 ， 是 所
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ Ｃ — ｌｅ ｎ Ｓ ｓ ａ ｃ ｆＬ Ｆｉｔ ｒｉ ｈｕｎ ｔｖｅＰｏ ｒＦｉｔ ｒ ｔＡｃ ｉ ｗｅ ｌｅ
ＺＨＥ ＮＧ — ｉ ， Ｄａ ｘ ｎｇ ＨＵ ｉ ｇ ｏ Ｊｎ－ ａ
（ ｏｌ ｅ ｆ ｌｃｒ ａ ｎ ｉｅｒｎ ｎ Ａ ｔｍａｉｎ Ｆ ｚ ｏ ｎｖｒｉ， ｕｈ ｕ ３ ０ ０ ， ｈｎ ） Ｃ ｌｇ Ｅ ｅｔｃ ｌ ｇｎ ｅｉｇａ ｄ ｕｏ ｔ ， ｕｈ ｕＵ ｉ ｓｔ Ｆ ｚ ｏ ５ １８ Ｃ ｉａ ｅ ｏ ｉ Ｅ ｏ ｅ ｙ
了高频 化和 小 型化 ，但 随之而 来 的是高 次谐波 的产
生 ，对 电网造成 的污 染 。现 在 采用 的 比较 流行 的补 偿 谐波 的装置是 并联型有源 电力滤波器 （Ａ Ｆ Ｉ２ Ｓ Ｐ ）１１ 。 现 阶段 的Ｓ Ｐ 的输 出一 般来 说采 用单 电感 滤波 ＡＦ
器 。单 电感滤 波器 结构 简 单 ，但 是 不能够 很 好地 滤 除 开关谐 波 Ｍ ，需要较 高 的开关 频 率才 能有 效地 滤 除 开关谐 波 ，获得 良好 的动态 性 能 。往 往为 了获
并联型有源电力滤波器的设计与研究
硕士学位论文
并联型有源电力滤波器的设计与研究
申请人姓名： 指导教师： 专业名称： 研究方向：
孙标广 余发山 教授 控制理论与控制工程 工业过程控制
河南理工大学电气工程与自动化学院 二○一零年十二月
河南理工大学 学位论文原创性声明
本人郑重声明：所呈交的学位论文，是我个人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。论文中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含 任何其他个人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果。其他同志对本研究 的启发和所做的贡献均已在论文中作了明确的声明并表示了谢意。 本人愿意承担因本学位论文引发的一切相关责任。 学位论文作者签名: 年 月 日
Keywords: Active power filter；Harmonic current detection；Voltage space vector
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目 录
摘 要 .................................................................................................................................I 目 录 ............................................................................................................................. III 1 绪论 .............................................................................................................................. 1 1.1 电力谐波问题及研究现状 ....................................................................................... 1 1.1.1 电力谐波产生的原因 ............................................................................................ 1 1.1.2 电力谐波的危害 .................................................................................................... 2 1.2 电力谐波抑制措施 ................................................................................................... 2 1.2.1 高功率因数整流器 ................................................................................................ 2 1.2.2 无源滤波器 ............................................................................................................ 3 1.2.3 有源电力滤波器 .................................................................................................... 4 1.3 有源电力滤波器的发展现状和趋势 ....................................................................... 4 1.4 本文的主要内容 ....................................................................................................... 6 2 有源电力滤波器的数学模型建立与主电路设计 ...................................................... 7 2.1 有源电力滤波器解决方案 ....................................................................................... 7 2.2 有源电力滤波器系统结构及原理分析 ................................................................. 10 2.3 有源电力滤波器的数学模型建立 ......................................................................... 11 2.4 100kVA 并联型有源电力滤波器的主电路设计 .................................................... 14 2.4.1 功率开关器件的选择 .......................................................................................... 15 2.4.2 缓冲电路设计 ...................................................................................................... 15 2.4.3 主电路直流侧电容参数计算 .............................................................................. 18 2.4.4 交流侧滤波电抗器参数计算 .............................................................................. 19 3 谐波电流检测与提取方法 ........................................................................................ 23 3.1 常用谐波电流检测方法比较 ................................................................................. 23 3.2 ip-iq 算法 .................................................................................................................. 24 3.3 ip-iq 算法的实现 ...................................................................................................... 26 3.3.1 实现框图 .............................................................................................................. 26 3.3.2 数字低通滤波器设计 .......................................................................................... 27 4 有源电力滤波器电流跟踪控制策略的研究 ............................................................ 29
基于并联型有源电力滤波器的电路设计
【 中６ １ — ０ ３ ３ ０（ ２ ０ １ ５） ０ １ — ０ ０ ５ ６ — ０ ６
ｌ 引 言
有源 电力滤波器 （ Ａｃ ｔ ｉ ｖ ｅ Ｐ ｏ ｗｅ ｒ Ｆ ｉ ｌ ｔ ｅ ｒ － － ～ ＡＰ Ｆ ）是一种动态抑制谐波 和补偿无功的新型 电力 电子装置 ，它 能对 频 率和 幅 值都 变 化 的谐 波和 无 功进行补偿 ，可以弥补无源滤波器的 不足 ，获得比无源滤波器更好的补偿 特性 ，是一种理想的谐波补偿装置。 与 无 源滤 波 器相 比，有源 电力滤 波 器具有高度可控性和快速响应性 。目 前 ，常用的有源 电力滤波器主 电路形
Ｗａ ｎ ｇ Ｌ ｅｉ Ｚｈ ｏ ｕ Ｊｉ ａ ｑｉ
摘
要 ：本 文 针对 并联 型 有源 电 力滤 波器 （ ＡＰＦ ） 的 主 电路及 其 外 围电路 进 行 了深入 的研 究 ，
详 细 讨论 了 主 电路开 关 器件 的选 择 、缓 冲 电路 的设 计 ，并 且 采用 理 论分 析和 仿真 实 验相 结 合 的方 法 ，给 出 了直流 母 线 电压 的取值 、直 流母 线 电容量 以及 交流 侧滤 波 电感 值 的选 择方 法 。 并根 据上 述分 析方 法得 出 了并联 型 Ａ Ｐ Ｆ的主 电路具 体器 件选 型及 外 围 电路的 详细 设计 参数 。 关键 词 ：并联 型有 源 电力滤 波器 ；外 围 电路
ｐ ｅ ｒ ｉ ｐｈ ｅｒ ａｌ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ｓ ａ ｃ ｃ ｏｒ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ａ ｂ ｏ ｖ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ．
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄｓ ：Ｐ ａｒ ａｌ ｌ ｅ ｌ Ａ￣ｉ ｖ ｅ Ｐｏ ｗｅｒ Ｆｉ ｌ ｔ ｅ ｒ ； Ｐｅ ｒ ｉ ｐｈ ｅｒ ａｌ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ｓ
文献综述-并联型电力有源滤波器设计
文献综述电气工程及其自动化并联型电力有源滤波器设计一、前言谐波电流和谐波电压的出现对于电力系统运行是一种“污染”，它们降低了系统电压正弦波形的质量，不但严重地影响电力系统自身，而且还危及用户和周围的通信系统[7]。
近半个世纪以来，随着电力电子设备的推广应用，非线性负荷的迅速增加，特别是高压直流输电的运用，谐波污染问题日趋严重，并因此受到人们普遍的关注和重视。
传统的谐波抑制和无功补偿方法是无源滤波技术和有源滤波技术，前者即使用由电力电容器等无源器件构成无源滤波器，该无源滤波器与需补偿的非线性负载并联，为谐波提供一个低阻通路的同时也提供负载所需要的无功功率。
后者是采用开关变换器来清除负载源发出的谐波电流，并且可以克服无功补偿。
二、主题（一）、无源电力滤波器在电力系统中，由于大量谐波的产生，不仅对接人该电网的用电设备造成损害，甚至会造成故障，因此，很多地方采用既经济又可靠的无源滤波器来改善电网质量。
LC 滤波器仍是应用最多、最广的滤波器，常用的三种滤波器：单调谐滤波器、双调谐滤波器和高通滤波器。
单调谐滤波器由电容C 、电感L 和电阻元件R 串联而成，其阻抗Z f 与频率ω，之间的关系为：1()f Z K j L Cωω=+-[1] 单调谐滤波器是用来滤除某一谐波的一个电容器，通过增加一个在调谐频率n f 处XL=XC 的电抗器来实现的。
在理想情况下，如果滤波器的谐振频率ωr 正好等于某一次谐波频率，则对于该次谐波而言，谐波器的阻抗为极小值R ，由于滤波支路对于该次谐波电流阻抗很小，所以经其分充，可以减小注入交流系统的谐波电流，从而达到对该次谐波的抑制作用。
双调谐滤波器有两个谐振频率，同时吸收两个频率的谐波，其作用可以近似等效于两个并联的单调谐滤波器。
双调谐滤波器与两个单调谐滤波器相比，它在基频下的功率损耗较小，且只有一个电感器承受全部冲击电压。
出于占地面积以及经济性的考虑，双调谐滤波器越来越多地被实际工程采用[1]。
单周控制并联型有源电力滤波器的仿真研究
当系统参数满足全局稳定条件时 ，单周控制三相 四线制有源 电力滤波器 具有较好 的动态补偿性能 ，并能抑制三相 负载 的不平衡 。
关键词 ：单 周控制
有源 电力滤波 器
ｒｓａｃ ｂｅｔａ ｔｏｓ ｎｌｚ ｖｒｌｓ ｂｌｙｃｎ ｉｏ ｎ ｅｍｅｈ ｎｓ ｏ ｒｃ ｕｒｎ －ｅ ｅｅｒｈｏｊｃ， ｕｈ ｒ ａｙｅｏｅａｌｔ ｉｔ ｏｄｔ ｎａｄｔ ｃａ ｉ ｆ ｄ ｅｔ ｒ ｔｆ ｓｔ ａ ａ ｉ ｉ ｈ ｍ ｉ ｃ ｅ ｏ ｈ ｏ ｐ ｎａｅ ｒ ｈ ｔ Ｓｍｕａｉ ｅｒ ｈ ｙａ ｃ ｎ ｓ ａｙｃｍ ｅｓｔ ｔｅｃｍ ｅｓｔｄｃｒｅｔｆｔｅｓｓ ｍ． ｉ ｌｔ ｎｒｓａ ｈｏ ｔｅｄｎ ｍｉａ ｅｄ ｏ ｐｎａｉｎ ｕ ｎｏ ｙｅ ｏ ｅ ｃ ｆ ｄ ｔ ｏ ｐ ｒ ｒ ｎｅｏ ｔｅｓｓ ｍ ｉ ｅｌｐｉｅ ａ ｙＭａｌｂｉａｓ ｒｐ ｓｄ Ｔ ｅｒｓｌ ｈｗｔａ ｅ ｅｆ ｍａ ｃ ｈ ｙｔ ｗｔ ｔ ｓ ｄｌ ｄｂ ｔ ｌ ｐｏ ｏｅ． ｅｕｔｓｏ ｔｈ ｏ ｆ ｅ ｈｈ ｏ ｄ ｏ ａ ｓ ｏ ｈ ｓ ｈ ｔ ｓｓ ｍ ｈｓａ ｘｅｅｔ ｙ ｍｉ ａ ｄｓ ａ ｙｃｍ ｅｓｔ ｎｐ ｒ ｒａ ｃ ｏ． ａｍ ｎｃａ ｅｃｖ ｙｔ ａ ｎｅｃｌ ｎ ｎ ｃ ｎ ｔ ｄ ｏ ｐ ｎａｉ ｅ ｏｍ ｎ ｅ ，ｈ ｒ ｏ ｉ ｎ ｒａａ ｅ ｅ ｌ ｄａ ｅ ｏ ｆ ｆ ｄ ｃｒｅｔａ ｅｌ ｓｃｎｓｐ ｒｓ ｅｉ ａａｃ ｔｒｅ ｈ ｓ ａ ｈｅｓｓ ｍ ｐ ｒｍｅｅｓｍｅｔ ｅ ｕｒｎｓ ｓｗ ｌａ ａ ｕｐｅｓ ｈ ｔ ｍｂ ｌｎｅｏ ｈｅ－ ａｅｌｄ ｉ ｔ ａａ ｔｒ ｅ ｔ ｆ ｐ ｏ ｆｔ ｙ ｅ ｈ
并联型有源电力滤波器的设计
并联型有源电力滤波器的设计近年来，随着整流器、变频装置、电弧炉以及其它电力电子设备等的应用不断增加，由于这些负荷具有非线性、冲击性和不平衡的用电特性，引起供电网中的电流（电压）畸变，产生大量谐波。
谐波污染已成为供电系统不容忽视的问题之一，本文设计的有源电力滤波器（APF）是一种用于动态抑制谐波和补偿无功功率的新型电力电子装置.标签：谐波;瞬时无功功率理论;有源电力滤波器;智能功率模块;脉宽调制1. 并联有源电力滤波器的主电路结构设计2 三相三线制有源滤波器主电路工作原理有源电力滤波器的补偿电流是由主电路中直流侧电容电压与交流侧电源电压的差值作用于电感上产生的。
主电路的工作情况是由主电路中的6组开关器件的通断组合决定的。
有源电力滤波器工作时通过一定的控制方式控制各桥臂的开关管的通断，从而控制加在输出电感两端的电压以达到控制补偿电流的目的。
对于三相桥式变流器其同一桥臂上下开关不能同时开通，因此同一桥臂上下两开关的控制信号是互补的。
通常，同一相的上下两个开关总有一个期间是导通的。
假设三相电源电压之和，并根据该电路有，可得到描述主电路工作情况的微分方程如下：有源电力滤波器主电路中开关器件的通断，是由采样时刻处和的极性决定的，其中仍以a相为例，当时，应该使，而时，应该使，从而使减小，达到补偿电流跟踪变化的目的。
3 并联型有源电力滤波器的硬件结构图2为并联型有源电力滤波器系统硬件整体结构图.4负载电流采样及调理电路1 ）负载电流采样.在本设计中采用LEM公司的LT200P霍尔效应电流传感器作为负载电流采样元件，图3 为LT200P 连接图。
LT200P 的参数：额定电流200A，测量范围400A，匝数比1：2000，在额定电流下副边输出0.1A，总体精度0.4～0.5，带宽为DC～100kHz，供电电源±15V。
在本设计中LT200P自身工作时提供±15V 的电源，其中M 端为测量端。
M 端与地之间串接采样电阻。
并联型有源电力滤波器输出LCL滤波器的设计
在一定的直流母线 电压和交流电压条件下 ，电感值
作者简 介 ：谢
・
辉 （ １ ９ ９ ０一） ，男，广 东电网惠蚪供电局 ，主要从事供 电设备技术和 管理 工作 。（ 广东 惠州／ ５ １ ６ ０ ｏ １ ）
ｌ ３ ２・
・
问题探讨 ・
图１ 三相三线制并联型 Ａ Ｐ Ｆ系统主电路
下 面 以我们设计 的三相三线制并 联 型有源 电力滤
波器样机为例 ，设计输 出 Ｌ Ｃ Ｌ滤波器 。设计所 涉及 的 系统具 体参数如下 ：系统 的额 定功率 Ｐ＝ ６ ６ ｋ Ｗ；电 网
基波频率ｆ＝ ５ Ｏ Ｈ ｚ ；电网线 电压有效 值 ｕ Ｎ： ２ ６ ９ Ｖ；主 电路 直流侧 电容 电压 ｕ ｄ ｏ ＝７ ０ ０ Ｖ ；额定 输 出 电流 ｔ ｍ＝ Ｉ Ｏ Ｏ Ａ；主 电路 开 关 管 的开 关 频 率 ． ＝ ９ ６ ０ ０ Ｈ Ｚ；Ａ Ｐ Ｆ 需要 补偿 的谐波次数 Ｎ＝ ６ ０ 。根据 以上 的推导 和代 入 相关 参数 ，设计 Ｌ Ｃ Ｌ滤波器参数 如下 。 （ 二 ）设 计输 出总 电感值 并联 型 Ａ Ｐ Ｆ的补 偿 性能 主要 决 定 于输 出补 偿 电 流对 于参考 电流 的跟 踪 能力 ，而 Ａ Ｐ Ｆ的输 出 电感值 决定 了补偿 电流 的跟踪 速度 ，对其 性 能有很 大 影 响 。
并联 型有 源 电力滤 波器 输 出 Ｌ Ｃ Ｌ滤波 器 的设计
越 大 ，电流 的 纹波 越 小 ，但 电感 的 电流 变 化 率 会 变
滤波 电感 一定 时 ，滤 波 电容 ｃ ， 在 满 足无 功 要 求 时 ， 应尽 量大 。另 一方 面 ，经 过 Ｌ Ｃ Ｌ滤 波器 除 了有 高频 开关 谐 波外 还 包 括 补 偿 的低 次 谐 波 。 当 过 小 时 ，
基于单周控制的电铁有源电力滤波器的研究
要计 算 的时 间 改 为 （－ ） ， 可 以得 到 ： １ｄ Ｔ 则
２ Ｕｄ Ｕ女 尺 ｄ ＇－ ＇＋ ｅ （） ６
从 控 制 对 象 的 角度 来 看 。单 周控 制 就 是 在 每 一 个 时 钟 周
期 内使 输 出 信 号 平 均 值 与 参 考 信 号 平 均 值 严 格 成 比例 或 相 等 。 然而 ， 果从 控 制 过 程 的 实 现 方 法来 看 ， 现 这 种 控 制 是 如 实 在 时 钟 频 率 为恒 定 的条 件 下 ．采 用对 信 号 积 分 并 在 一 定 条 件 下 对 积分 器 实 现 复位 的方 法 实现 的 。因此 ， 又可 称 其 为 常频 积
Ｆｉ．１ Ｓｒ ｃｕａ ｉｔｒ ｆ ｎ ｙ ｌ ｏ ｔｏ ｗｉ ｈ ｇ ｔｕ ｔ ｒｌ ｃｕ ｅｏ ｅｃ ｃｅｃ ｎｒｌｓ ｔ ｐ ｏ ｃ
作 者 简 介 ： 莉 （９ ７ ） 女 ， 西 富 平人 ， 士研 究 生 ， 教 。 研 究方 向 ： 业 供 用 电技 术 。 陈 １７ 一 ， 陕 硕 助 企
１ 单 周 控 制 开关 的实 现 ． １
图 ｌ 示 为单 周 控 制 开 关 的 基 本 实 现 电 路 ，图 中 Ｓ可 以 所
采 用 有 源 电力 滤 波 器 就 近 吸 收谐 波 源 所产 生 的 谐 波 电 流 是 抑 制 谐 波 污 染 的 有 效 措 施 ．其 基 本 原理 是 通 过 一 定 的 算 法 将 检 测 到 的 负 载 侧 谐 波 电 流 作 为 补偿 电 流 的指 令 信 号 ，输 入
控 制 精 度 高 、 应 速 度 快 等优 点 ， 响 已在 Ｄ — Ｃ变 换 器 、 率 因 ＣＤ 功 数校 正 以及 有 源 电 力滤 波 器 等 方 面得 到 了大 量 的应 用田 。这种
并联有源电力滤波器的设计
并联有源电力滤波器的设计作者：王健于潇来源：《科学与财富》2017年第18期摘要：为保证供电质量，防止谐波对电网及电力设备的危害，除对电力系统加强管理外，还必须采取必要的措施来抑制谐波。
有源电力滤波器（Active Power Filter，APF）被公认为是治理谐波、改善电能质量最有效的手段之一，已成为电力电子技术应用中的一个研究热点。
但是目前有源电力滤波器的采样频率较低，而且多路采样结果之间有延时，因此设计一套并联型有源电力滤波器对于提高电能质量以及系统的安全使用有着十分重要的意义。
关键词：并联；有源电力滤波器；设计1.引言随着科学技术的发展，大量的电力电子装置广泛的应用于工业的各个领域，给工业带来了翻天覆地的变化，但大量电力电子装置的广泛应用，同时也给电力系统这个环境带来了严重的“污染”，其根本原因就是电力电子装置是非线性负荷，在系统中运行会产生谐波，造成十分严重的危害。
治理谐波污染已成为当今电工科学技术界所必须解决的问题，开发和研制高性能的谐波抑制装置迫在眉睫。
改善电网质量，必须要控制电网中的无功与谐波，因此提高功率因数与抑制谐波就推动了各种谐波抑制与无功补偿技术的大力发展。
针对谐波抑制，目前国际上有两个方面，一是从谐波源出发，对非线性负载使用合理的电路结构，使负载产生较少的谐波，甚至不产生谐波。
二是增加外部电力电子设备来补偿谐波，这种方案适用于所有的谐波源。
有源滤波器就是一种能够对电网中的谐波进行抑制与无功补偿的设备[1]。
文以并联型APF来介绍滤波器的原理。
2.并联型有源滤波器并联型APF与非线性负载在电网中是以并联电路接入的，并联型有源电力滤波器的主电路由变流器，电感以及直流侧储能元件所构成，并联型有源滤波器相当于一个受控电流源，主要用于补偿电流型的谐波和无功电流，能够对谐波与无功功率同时进行补偿也能够单独补偿。
并联型APF安装方便，损耗较小，成本相对较低，而且补偿性能好，所以目前是应用最为广泛的一类滤波器[2]。
基于DSP单周控制有源电力滤波器的研究
式(6)即为单相并联型APF的单周控制模型。在式(7)的控制关系成立时，电路中的电压电流关系也必然使式(4)成立，即使电路具有单位功率因数。式(7)中u'c实际上可以对变换器直流侧电容电压做适当分压并经过比例调节器得到，而Rs为与电源串联的取样电阻。同时，式(7)的单周控制模型表明：对电容电压的分压值进行积分，积分输出与式(7)右边的Rsis或-Rsis进行比较，根据比较结果来决定是否使积分器复位，即决定开关的占空比。由以上分析及式(7)可得到图3的单相并联型APF单周控制模型。该模型采用2个独立复位积分器分别满足式(7)中2个式子的比较量需要。
基于DSP单周控制有源电力滤波器的研究
各种非线性负载应用日益广泛，电网中的无功功率和谐波污染已经成为一个非常严重的问题。为了消除无功和谐波对电网造成的污染，有源滤波器(APF)得到了飞速发展。其采用的控制方法主要分为三角载波线性控制、滞环比较控制、无差拍控制3种类型。这些方法均存在一定的缺陷，如三角载波的波形畸变，滞环控制开关频率变化以及畸变电流检测的快速实时响应等。随着微机控制技术的不断发展以及数字信号处理器(DSP)运算速度的不断提高，无差拍控制法，单周控制法及其他快速优化控制法将在APF中得到进一步的应用。单周控制法作为一种非线性控制法，最早由美国学者Keyue M.Smedley和Slobodan Cuk提出。其基本思想是：控制开关的占空比，使每个周期内开关量的平均值与控制参考信号相等或成一定比例，从而消除稳态和瞬态误差。目前已成功地应用到DC-DC变换、音频开关放大器、功率因素校正和单相有源电力滤波器等。本文所提出的基于DSP的单周控制有源电力滤波器不仅结构简单可靠，而且具有很好的动态和静态补偿特性及控制器简单的优点。抗电源干扰能力强，鲁棒性好。1 单周控制有源电力滤波器1.1 单周控制单周控制原理，它由控制器、1个比较器、1个可复位积分器及时钟组成，其中控制器可以采用RS触发器或D触发器。开关K，K1为一对互补的开关，频率为fs=1／Ts。在每一个周期开始，即t=0时，时钟信号到，开关K闭合，K1断开，输出y(t)的波形和输入x(t)的波形相同，积分器由0开始积分。在t=dTs时(其中d为占空比，d=Ton／Ts，根据模拟控制参考vref调制，且0
单相电路并联型有源电力滤波器研究与设计的开题报告
单相电路并联型有源电力滤波器研究与设计的开题报告一、选题背景及意义现代电力电子设备的快速发展满足了现代工业、通信和娱乐应用对高质量电能的需求。
然而，这些设备的运行也产生了电力网络所谓的电能质量问题。
电能质量问题给用户带来了不良影响，如增加了设备故障率、降低了设备寿命、影响了通信等方面的稳定性。
因此，电力滤波技术的研究对于解决电能质量问题具有重要意义。
有源电力滤波器是目前最主要的电力滤波技术之一，它具有快速响应、高精度、能够同时抑制多种谐波和抑制变化的优点，成为了目前消除电力品质问题的主要手段之一。
因此，有源电力滤波器的研究和应用具有重要的意义。
本课题组将对单相电路并联型有源电力滤波器进行研究和设计，在此基础上，可以实现电网质量的提升。
二、研究内容1. 单相电路并联型有源电力滤波器的原理研究和分析；2. 设计单相电路并联型有源电力滤波器的电路拓扑和控制算法；3. 进行有源电力滤波器的硬件设计，包括功率模块的设计和集成、控制电路的设计等；4. 进行有源电力滤波器的软件编程，包括滤波器的控制和调节；5. 进行实验验证，测试有源电力滤波器的性能，并对滤波器的成果进行评估与分析；6. 对有源电力滤波器所遇到的问题进行研究和分析，提出对应的解决方案。
三、研究方法1. 理论研究法：通过文献、资料的查询和分析，深入了解有源电力滤波器的原理、技术及其发展趋势等方面的知识，对单相电路并联型有源电力滤波器的实现方式、拓扑结构以及控制算法等细节进行分析研究。
2. 实验研究法：通过搭建单相电路并联型有源电力滤波器的实验平台，进行实时模拟实验，验证实验结果与理论结果的一致性，进一步调整有源电力滤波器的参数并进行再次测试。
3. 数据分析法：通过对实验数据的处理和分析，从中总结其规律和特点，以及对滤波器各项指标的测量结果进行分析和评价，验证所设计的电路及控制算法的正确性和有效性，同时从实验中发现问题并提出改进方案。
四、研究进度计划1. 第一阶段（两周）：调研文献，深入了解有源电力滤波器的理论原理和实现方法。
开题报告-并联型电力有源滤波器设计
开题报告-并联型电力有源滤波器设计开题报告电气工程及自动化并联型电力有源滤波器设计一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义随着电力电子技术的迅速发展，越来越多的电力电子装置在配电系统中得到了广泛的应用。
这些电力电子设备的效率日趋提高，并以其灵活可控的特性逐渐成为功率变换和调节的一个不可或缺的重要环节。
但是由于电力电子装置所引发的电能的谐波问题，给我们现在的电网公司分配电，带来比较大的影响。
虽然后来采用了无源滤波器进行谐波抑制，但是其功能并不完美，无法达到想要的滤波效果，很容易与电网的阻抗发生谐振，并有谐波电流。
谐波电流会使电能在变压器，输电线上产生很大的功能损耗，浪费电能，特别是3或者是3的倍数的谐波电流，在中线上叠加，不仅会导致损耗加重，并且中线过热，会招致火灾。
严重情况还会导致系统供电安全的严重事故。
所以在现今，我们开始逐渐采用并联有源电力滤波器。
在国外这种有源滤波器已达到了较为广泛的应用。
但是国内应用并不广泛，所以对这方面的深入研究，有利于有源滤波器的广泛应用。
本设计主要针对三相三线制的设计，其余如单相或者三相四线制系统，主要是主电路，和指令运算电路作适当的改变即可。
有源电力滤波器根据负载接入电网方式的不同分为串联有源电力滤波器、并联有源电力滤波器和混合有源电力滤波器。
有源电力滤波器的主要作用：1、通过抑制谐波，净化电网，节约综合用电相关费用8％-20％，使用该设备能快速有效收回投资成本；2、节约电力变压器、电缆扩容费用，提高电力变压器使用寿命；3、滤除谐波，保障供电安全，避免用电事故（如电气火灾，或者因用电故障停产）；4、滤除谐波，延长电子设备及元器寿命，如无功补偿电容器；5、提高功率因数，功率因数可达到0.95-1（满足电力对企业用电的要求，避免高额处罚，甚至停止供电）。
二、研究的基本内容，拟解决的主要问题本课题设计一个对三相全控桥整流电路（带阻感负载R=30Ω，L=300mH）进行无功和谐波补偿的单独使用的并联型电力有源滤波器。
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阻 ； 为 开关 周期 ； 为调节 器输 出电压 ， Ｌ ２ Ｈ。 取 ＝ｍ Ａ Ｆ直 流侧 电容 为 Ｃ ０ １ 。 Ｐ ＝ ． 根据 Ｐ 调节器 中 ： ０Ｆ Ｉ △
右 乘 １ 常 ，可 ｝Ｊ ｏ 即 关 量Ｕ △ 边 以／ 数则 令 Ｔ 。ｄ 开 变 ｏ Ｕｔ ， 的
如 图 ５所示 。
图 ７ 补 偿后 Ａ相 电流 Ｆ Ｔ分析 Ｆ
明 ，该 单周 控制 三相 三线制 有源 电 力滤波 器 能 有效 补偿 三 相 三线 制系统 中的谐 波和 无功 电流 ， 电 路结 构简 单 、 能可靠 、 本 低 、 其 性 成
实现容 易 。单 周控 制 以其 明显优 点 在有 源 电力 滤波 器 中显 示 出广 阔 的应 用 前景 。
平均值等于控制参考量 Ｅ 实现了单周控制的 目标。 ， 另知， 的频
（ 为 直流 电容 电压采 样 系数） 取 ＝ ．。 ， ０１
根 据 减 去 后 经 Ｐ 调 节得 ， 中 ＝ Ｈ ： ０ Ｉ 其 ２ 一 ２ ， ｌ。 Ｏ
率 和脉 宽 与开 关 函数 一致 ， 的包 络 和输 入 小信 号 以 一 致 。开 关 Ｋ ．， １ 故 ５
文 中 电源 电压为 三相对 称 电压源 ， 大小 为 Ｕ ２０ 其 ＝２ Ｖ。负载 为
三 相不 可控 整流 型 阻感性 负载 ， 其大 小 为 Ｌ Ｉ Ｈ， ＝ ＝ ｍ Ｒ ８ｎ。
由图 ｌ可知 ：
ｆ Ｕ ｏ （ ＜￡ ｒ ０ ＜ｄ ）
根据 文献 ［］ Ａ Ｆ交流侧 电感 为 ： ３中 Ｐ
【 考文献 ］ 参 ［３ 李林 海 ， 振义 ， １ 侯 王燕 京． 周控制 原理及 其应 用 ［ ．Ｐ 应 用 ， 单 Ｉ ＵＳ １ ］
态 下 ， 统 就 是 稳 定 的 ， 电路 工 作 在 断 续 状 态 下 ， 统 是 小 信 系 而 系
号稳定的。
１ 单 周 控 制 结 构 及 原 理
图 ２ 单周控 制有 源电力滤 波器系统结构 单周 控制技术 通 过控制 开关 的 占空比 ， 每个 开关 周期 中开关 使 变 量的平 均值 严格等 于或 正比于控 制参考 量 。 控制器 主要包 括积 分 ３ 系统 仿真 模 型及 参数 选择 器、 复位开 关 、 比较器 和 Ｒ Ｓ触发 器 。当时钟 脉冲 到来 时 ，Ｓ触 发 Ｒ 根据 文献 ［］ 建 的系统 仿真 模型 如 图 ３所 示。 ２搭 器 置位 Ｑ端 为 ｌＱ为 ｏ 控制 主 开关 Ｓ 导 ， ， 通 ， 位开 关 关断 。 分器积 分 ， 到积 复 积 直
机电信息 ２ １ 年第 ３ 期总第 ３ ８ １ １ ０１ ６ １ 期 ７
ｌ 坌 ｈｙｅ ｓｉＦ ｕｎ ｅ × ｊ
４ 仿 真 结 果 与 实 验 验 证 针 对 以上参 数 的设置 ，通过 建立 单周 控制 三相 三线 制 Ａ Ｆ仿 Ｐ 真 模 型和 实验模 型 。 电流 补偿 前波 形如 图 ４ 示 ， 偿 后 电流波形 所 补
看， 电荷 控 制 是 电流 型 的 单周 期 控 制 ， 控 制 思 想 是 控 制 开 关 的 其 电流 量 ， 之 在 一个 周 期 内达 到 期望 值 。准 电荷控 制 也 是一 种 电 使 流 型 的 单 周控 制 ， 在 电荷 控 制 的 基础 上 ， ｃ 网络 代 替 电荷 控 是 用 制 电路 中 的 Ｃ 网络 。非线 性 载波 控 制 的控 制 电流 可为 开 关 电流 、 二 极 管 电流 或 电感 电流 。从 电路 的拓 扑 结构 上 讲 ， 线性 载 波 控 非 制 技 术 是 在 电荷 控 制 的 基 础 上 增加 了 一个 非 线 性 补 偿 ，提 高 了 系 统 的 稳 定 性 。在 非 线性 载 波 控 制 中 当 电路 工 作 在 电 流 连 续 状
由于三 相三 线制 单 周控 制有 源 电力 滤波 器结 构对 称 ，所 以下 应 用 于 各 种 电流 控 制 上 ， 可 以得 到 电荷 控制 、 电荷 控 制 、 就 准 非 面 以单 相结 构为 例作 一介 绍 ， 结构 图如 图 ２ 示 。 其 所 线 性 载 波 控 制和 输 入 电流 整 形 技 术等 新 型控 制技 术 。从 形 式 上
Ｓｊ ｘ 兰堑Leabharlann ｈｙｅｉ 坌 ｌ ｅｕｎ ｉＦ ！
基于单周控制 的并联型有源 电力滤波器 的设 计
宋道双 杨 进
（ 州矿 务集团公司三河尖煤矿 ， 徐 江苏 徐州 ２ １ １） ２６３
摘
要： 主要 对单周控制结 构及其基本 原理进 行了介绍 ， 分析 了基于单 周控 制的三相三线 制有源 电力滤 波器的数学模型 ， 并对 其进 行 了仿
真和实验验证 。 关键词： 单周控制 ； 有源 电力滤 波器； Ｆ Ｆ Ｔ分析
Ｏ 引 言
占空 比 Ｄ 为控制 参考 信 号 ｖｆ ．所调 制… 。
单 周 控 制 法 作 为 一 种 新 型 非线 性 控 制 法 ，最 早 由美 国 学 者 ２ 系统结 构与 原理 Ｋ ｙｕＭ．ｍ ｄｅ ｅｅ Ｓ ｅｌ ｙ和 Ｓｏｏ ａ ｕ 提 出 。将单 周 控 制 的基 本 原 理 ｌ ｄｎＣ ｋ ｂ
Ｌｉ Ｋ１Ａ 一 ／ （ ｉ） ＞ Ｔ “ ｒｎ ａ
１＝ Ｕ ０ （＜＜９ ｏ ￡ １
』 』 』ｃ ， ｒ ，ｌ 。 。ｔ ｒ 。 ｒ ｕ
． ，ｒ
式中，
为相 电压 峰值 ； Ｏ Ｋ： ． 积 分 系 数 ； 为 电流 传 感 器 电 ＝５为 。
／
分输 出 等于 控制 参考
比较器 输 出
复位 Ｒｓ 发器 Ｑ端 为 ｏ 为 ｌ 制主 开 ． 触 ， ， 控
关 ｓ关 断 ， 复位 开关 Ｓ 导通 。直 到一个 时 钟 脉冲 到来 ，输 出电压 总 是跟 随 ， 如 图 １ 示。 所
时
图 ３ 系统仿真模型 图 １ 单周控 制原 理图