有源滤波器仿真
有源滤波器仿真
1 引言电力电子产品广泛应用于工业控制领域，并且用户对电能质量要求越来越高，其中最为突出的是电压质量和谐波问题。
因此，如何提高电压质量、治理谐波就成为输配电技术中最为迫切的问题之一。
低成本的无源滤波器PF(Passive Filter)是目前普遍采用的补偿方法，但其滤波效果与系统运行参数密切相关，在特定情况下无源滤波器还可能与系统发生谐振。
80年代以来，利用功率开关的有源电力滤波器APF(Active Power Filter)的研究越来越引起人们关注。
APF是一种用于动态谐波抑制、无功补偿的新型电力电子装置，但是由于电源电压直接加在逆变桥上，其对开关器件电压等级要求较高；当负载谐波电流大时，有源滤波装置的容量也相应较大；对于高于有源滤波器开关频率的谐波也无法通过有源滤波器滤除，因此同时具有较大的补偿容量和较宽的补偿频带较为困难。
将APF与PF相结合，合理分担补偿需求，可使APF容量减小。
混合型补偿方案的基本原理就是将常规型APF上承受的基波电压移去，使有源装置只承受谐波电压，从而可显著降低有源装置的容量，充分发挥PF的高耐压、大容量、易实现等特点以及APF所具有的宽谐波抑制范围和自动跟踪等优势。
2 无源滤波器用于谐波治理的传统方式为并联无源LC滤波器，选定R、L、C的参数，使滤波网络在一定的谐波信号频率处产生谐振，从而达到抑制谐波的目的。
无源滤波器主要可以分为两大类：调谐滤波器和高通滤波器。
调谐滤波器实际应用较多的是单调谐滤波器，它是利用电感、电容的串联谐振原理构成的。
3 有源滤波器有源滤波器的基本原理是从补偿对象中检测出谐波电流，由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等而极性相反的补偿电流，从而使电网中只含有基波分量，达到实时补偿电流的目的。
如果要求有源滤波器在补偿谐波的同时，还补偿负载的无功，则只要在补偿电流的指令信号中增加与负载电流无功分量反极性的成分即可。
这种滤波器可对频率和大小都随时间变化的谐波以及变化的无功功率进行迅速动态跟踪补偿。
基于MATLAB的有源滤波器的设计与仿真
基于MATLAB的有源滤波器的设计与仿真对并联型有源电力滤波器的控制方法进行研究，应用MATLAB软件建立了仿真模型，利用SimPower工具箱谐波电流检测方法进行建模和仿真。
在simulink 环境下，对提出的定时比较控制方法和并联型APF抑制谐波效果进行了仿真实验。
标签：MATLAB；有源电力滤波器；仿真近年来，电力电子技术发展的越来越快，其发展的重大障碍是电力电子装置的谐波污染问题。
目前在主要采用被动型谐波抑制方案来抑制谐波，本文对并联型有源电力滤波器进行研究，应用MATLAB软件建立了仿真模型。
1 有源电力滤波器(APF)有源电力滤波器一般可分为：并联型APF、串联型APF和串并联混合型APF,其一般由检测回路，控制回路和主电路构成，理论上讲，有源滤波器可以对任意谐波电流进行补偿，并联有源滤波器其与系统相并联，可等效为一受控电流源，通过适当控制APF可产生与负载谐波大小相等、方向相反的谐波电流，从而将电源侧电流补偿为正弦波[1]。
2 并联有源滤波器2.1 谐波电流检测原理及仿真模型设立谐波电流检测利用ip、iq运算方式，该方法用一锁相环和一正、余弦发生电路得到与电源电压同相位的正弦信号sin wt和对应的余弦信号-cos wt，这两个信号与ia、ib、ic一起计算出有功分量电流ip和iq无功分量电流，经低通滤波器LPF滤波得出ip、iq的直流分量ip、iq对应于三相电流中的基波正序分量，再经过2/3 变换，得到三相电流基波正序分量[2]。
负载电流发生模块source，三项/两项变换模块C32，运算模块C，两项/三项变换模块C23以及低通滤波器构成了其主要的仿真模型[3]，其中各模块所需元件可在simulink模块库中找到，比如交流电源，电压、电流测量模块，RLC 串联电路，电感元件，三相桥式整流器。
图1 ip、iq运算方式检测谐波电流的整体仿真模型2.2 三项并联型有源电力滤波器仿真图2 三项并联型有源电力滤波器仿真2.3 仿真结果谐波检测电路采用基于瞬时无功功率理论的ip、iq检测法的工作原理，使用MATLAB中SIMULIINK仿真模块。
三相有源滤波器的仿真研究报告
工业大学毕业设计(论文)任务书课题名称三相并联有源滤波器的仿真研究学院电气信息学院专业班级电气工程及其自动化091姓名邓伟学号099064111毕业设计(论文)的主要容及要求：1.了解电能质量的基本概念，掌握并联型有源电力滤波器基本概念及其基本工作原理。
2.理解并联型有源电力滤波器控制方法的原理，理解瞬时无功功率理论，掌握以此为基础的谐波电流检测方法。
3.熟练应用MATLAB软件，利用其中的Simulink工具箱建立起仿真模型，对并联型有源电力滤波器进行仿真研究。
4.完成5000汉字以上的英文资料的翻译。
5.熟练应用计算机，包括上网查找中、英文参考资料以及计算机编程、仿真等。
6.在理论分析的基础上，建立起仿真模型、进行仿真实验，得出仿真结果（图形或数据），来验证理论分析的正确性。
2013R年 3 月 1 日至2013 年 6 月12 日共15 周指导教师签字系主任签字院长签字摘要随着电力电子技术的发展及电力电子装置的普遍应用，在电力系统中产生了大量的电力谐波，已引起世界各国的广泛关注。
有源电力滤波器（APF）作为一种治理电网谐波行之有效的方法，能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，且补偿效果不受电网阻抗的影响，因而成为谐波抑制的重要趋势。
论文首先介绍了并联型有源电力滤波器的基本结构和原理，进而研究了基于瞬时无功功率理论的三相电路谐波电压检测方法。
接着讨论了PWM变流器的控制方法以及直流侧电容电压的控制策略。
其次，本文对并联型有源电力滤波器一些参数的进行选择。
这些参数的选择很大程度上决定了APF的补偿性能。
在前几章的基础上，最后利用了Matlab/simulink对三相并联型有源电力滤波器进行了系统的建模与仿真。
关键词：并联型有源电力滤波器；谐波检测；三角波控制；直流侧电压控制；ABSTRACTAs the rapid development of power electronics and the mon use of the power electronicdevices, there are more and more harmonic emerges in power system. All over the world, people bee concerning about the power quality issue. Active Power Filter (APF) , as one effective method to correct the power harmonic, can dynamically trace and pensate any harmonic which is varying in frequency and amplitude, while network impedence has no effect on the pensation performance. Therefore, APF bees an important trend to restrain power harmonic.Firstly, this article introduces the basic principle and structure of shunt APF, then studies a real time detecting method of harmonic voltage for three-phase circuit based on the instantaneous reactive power theory. Then discuss the control scheme of the PWM converter and the DC side voltage is discussed.Secondly,through the researches which have been carried out for shunt active power filter, the selection of the main circuit switching ponents are discussed detailedly. These parameters have great influences on the steady and dynamic pensation characteristics of shunt APF.Based on the former chapters, chapter 4 pletes the modeling and simulation of the three-phase shunt APF using Matlab/Simulink.Key words: shunt APF; harmonic detect method; triangular wave control; DC side voltage control;目录摘要 (I)ABSTRACT (IIII)目录 ........................................................................................................................... I IIIII 第一章绪论 (1)1.1选题目的及意义 (1)1.1.1电力系统谐波 (1)1.1.2谐波的治理策略 (2)1.2 有源电力滤波器研究现状及发展趋势 (3)1.2.1有源电力滤波器的国外研究现状 (3)1.2.2有源电力滤波器的发展趋势 (4)1.3本文所做的工作 (5)第二章并联型有源电力滤波器 (6)2.1 有源电力滤波器 (6)2.2有源滤波器的工作原理 (9)2.3主电路结构及其相关参数设计 (11)2.3.1主电路工作原理 (11)2.3.2开关器件的选择 (12)2.3.3主电路容量 (12)2.3.4开关频率与死区时间 (13)2.3.5直流侧储能电容稳定电压 (13)2.3.6储能电容C (13)2.3.7交流侧电感L (14)2.4 本章小结 (14)第三章有源滤波器的谐波电流检测技术 (15)3.1常用的谐波电流检测技术 (15)3.2基于瞬时无功功率理论的ip -iq谐波电流检测法 (16)3.3 PWM控制方式的研究 (19)3.3.1 定时瞬时值比较PWM控制方式 (19)3.3.2 三角波比较PWM控制方式 (20)3.3.3 滞环瞬时值比较方式 (20)3.4本章小结 (21)第四章三相串联型有源电力滤波器的建模与仿真 (21)4.1 Matlab/Simulink仿真软件及其工具箱简介 (21)4.2系统仿真模型的构建 (22)4.3 有源电力滤波器仿真模型设计 (23)4.3.1 谐波源建模 (23)4.3.2 并联型有源电力滤波器建模 (24)4.4 仿真实验及结果分析 (27)4.5 本章小结 (32)第五章总结与展望 (33)5.1论文总结 (33)5.2下一步工作展望 (34)致 (34)参考文献 (35)第一章绪论1.1选题目的及意义随着科学技术与现代化建设的发展,电能在现代社会工业生产和日常生活中成为了不可缺少的重要能源之一。
有源电力滤波器的控制及仿真分析
有源电力滤波器的控制及仿真分析摘要:介绍了有源电力滤波器的基本工作原理,从双环软启动的控制策略出发,分析了有源电力滤波器的控制过程和实现方法,建立了对应的matlab仿真模型,并进行了具体的波形分析,达到了预期的结果,验证了有源电力滤波器在电网谐波抑制中的效果。
关键词:有源电力滤波器谐波控制仿真中图分类号:tm6 文献标识码:a 文章编号:1672-3791(2012)09(c)-0142-03l.gyugyi等人在1976年提出了采用有源电力滤波器,气质要是有pwm控制变流器所构成的,同时apf有源电力滤波器(active power filter)的概念被确立下来,就是运用可以控制的功率的半导体器件来向电网中注入的谐波电流与原来的谐波电流的幅值要相位相反和相等的电流,同时还要是其电源的总谐波电流呈现出零值的状态,这样才能达到实时进行补偿谐波电流的目的[1]。
apf有源电力滤波器是一种最为新兴的电力电子的装置,主要是运用于补偿无功功率和动态抑制谐波两方面的装置,同时apf有源电力滤波器还可以对无功功率和在频率以及大小上都有着变化的谐波成分来进行补偿的,并且还克服了传统的无源滤波器只能做固定补偿的不足之处[2]。
1 原理及其控制策略1.1 apf基本原理如图1所示为有源电力滤波器原理图,主要由检测及控制电路和主电路两大部分组成。
其中检测及控制电路包含指令电流运算电路、驱动电路以及电流跟踪控制电路。
主电路一般采用的是pwm变流器。
其基本工作原理为通过指令电流在运算电路中检测出了补偿对象电流中的无功和谐波等方面的电流分量,同时还要再次的通过驱动电路和电流跟踪控制电路这两项来得出补偿电流的指令信号,使主电路的pwm变流器产生出了实际的补偿电流。
而在负载电流和补偿电流这两项中的谐波分量的大小是相等的,其方向是相反的,因此两者之间是存在相互抵消,电源电流中只会存在含有基波,不可能含有谐波的特点[3]。
1.2 双环软启动控制系统描述现有的实现以上功能的有源电力滤波器控制策略很多,包括滞环电流比较控制[4]、空间矢量控制[5]、无差拍控制、预测控制、滑模控制[6]、模糊控制等。
有源电力滤波器simulink仿真
用负载电流减去，
i q I q cos 1 t
得谐波电流
有源电力滤波器simulink仿真
5.利用复功率计算法（p-q法）
有源电力滤波器simulink仿真
6.
该方法中需用到与 a 相电网电压 ea 同相位 的 正、 余弦信号 sinωt 和 - cosωt ,它们由一个 锁相环(PLL)和一个正、 余弦信号发生电路 得到。根据定义可算出 ip 、 iq ,经L PF 滤波 后可得 ip 、 iq 的直流分量 ip 、 iq (由 iaf 、 ibf 、 icf产生) ,因此由 ip 、 iq 即可算出iaf 、 ibf 、 icf ,进而算出 iah、 ibh、 ich。若要检 测 ih + iq ,则只需断开图 2 中计算 iq 的通道 即可。若只检有测源电i力q滤,波则器s只imul需ink仿对真 iq 反变换即可。
有源电力滤波器simulink仿真
有源滤波装置通过检测补偿对象的电压和 电流，得出与负载电流中的谐波电流大小 相等、方向相反的补偿电流，从而使电网 的电压、电流恢复为正弦波形。
有源电力滤波器simulink仿真
电路压）源型PWM变流器（主电
有源电力滤波器simulink仿真
有源滤波装置通过检测补偿对象的电压和 电流，得出与负载电流中的谐波电流大小 相等、方向相反的补偿电流，从而使电网 的电压、电流恢复为正弦波形。
有源电力滤波器simulink仿真
3.电压型补偿电路 电压型有源电力滤波器的基本结构是，其 直流侧有直流电容（直流侧是一个恒定的 电压源），变流器以电压逆变方式工作。 利用交流电抗器两端的电压差产生补偿电 流，并通过控制该电流使之与补偿电流指 令值一致，以实现补偿。
有源电力滤波器simulink仿真
有源滤波器的仿真分析
２ 并联 型 有 源 电力 滤 波 器 的仿 真
分 析
并 联 型有源 电力 滤波 器系统 是一 个复 杂 的非
为指 令 电流 ； Ｉ 为 补偿 电流与 复 载 电 流之 和 。并 联 型电力 有源 滤 波器 由两 大 部 分组 成 ， 即指 令 电
流运 算 电路和 补偿 电流 发生 电路 。其 中补偿 电流
３３
武汉船 舶职 业技术 学 院学报
系统 往往 需要花 费 大量 的时 间和精力 。仿 真工作 可 以验证 控制 系 统结 构 的正 确性 ， 深 对 其 控制 加 规 律 的认 识 和理解 。系统 一些 重要控 制参 数 的仿 真结果 对实 验装 置参数 的选择 具有 一定 的参考 作
补偿 电流发生 电路 的放 大 ， 出补偿 电流 ， 得 补偿 电
流 与负 载 电流 、 波及无 功 电流抵 消 ， 谐 最终 得 到期
望 的 电源 电流 。
其 滤波 效果 依赖 于系 统 阻抗 特 性 ， 容 易 受 温 度 并
漂移、 网络上 谐 波污染 程度 、 滤波 电容 老化 及非线
有 源 滤 波器 ； 真 ； 源 滤波 器 ； 波 抑 制 仿 无 谐
ＴＨ１ ２ ４ ３．３ 文 献 标 志码 Ａ 文章编号 １ ７ —８ ０ （ ０ １ ０ —０ ３ —０ ６ １ １０ ２ １ ） ３ ０ ３ ５
根 据 有 源 滤 波 器 的 抑 波 原 理 及 其 仿 真 实 例 ， 明有 源 滤 波 器 在 船 舶 电 网谐 波抑 制 方 面 的 特点 。 说
一
用， 一些 重要 环 节 的 参数 需 要 用 仿 真来 求 取 。本
文基 于 ＵＰ Ｆ算 法对 并 联 型 有 源 电力 滤波 器 进 行 理论 简述 和仿真 分析 。 ２ １ 单 位功 率因数 的控 制策 略（ Ｆ） ． ＵＰ 的基本
基于Multisim的有源滤波器设计与仿真
仿真结果
高阶滤波器（课后阅读）
SECTION 88 P473 期末课程设计率和品质因数
1、特征频率是使得系统频响表达式简介的特殊频率点，对二阶滤波 器而言，特征频率使得分母中实部为0； 2、品质因数Q定义为特征频率处增益的模除以中频增益的模；
用Q和特征频率f 0 表达截止频率f c
MATLAB计算公式K = sqrt(4*Q*Q-2+sqrt(4-16*Q*Q+32*Q*Q*Q*Q))/(2*Q);
基于Multisim的有源滤波器 设计与仿真
滤波器形态分类
模拟滤波器的实现方法-无源滤波
1、无源滤波器是只用无源器件组成的滤波器，如电阻、电容等； 2、适合大电压和电流以及超高频率；价格便宜，电路相对简单； 3、实现级联困难，受负载影响大。
有源滤波器
1、有源滤波器含有源器件，必须额外供电才能工作； 2、引入负反馈和放大环节，轻松实现较为复杂的滤波器，适合小信号和中低频 率段； 3、轻松实现级联，能够有效隔离负载对滤波器的影响。
4元件二阶SK型低通滤波器
滤波器设计1
1、二阶低通滤波器有三个关键参数 中频增益，特征频率f0以及品质因数Q ； 2、先确定电容，再确定电阻； 3、满足约束。
滤波器设计2-电阻电容的计算与约 束
滤波器设计3-举例
滤波器设计3-举例
滤波器设计3-举例
MATLAB数学计算
MULTISIM电路仿真
二.二阶RC有源滤波器的设计—— MultiSim仿真
湖南人文科技学院毕业设计二阶RC有源滤波器的设计报告滤波器是一种能够使有用频率信号通过，而同时抑制（或衰减）无用频率信号的电子电路或装置，在工程上常用它来进行信号处理、数据传送或抑制干扰等。
有源滤波器是由集成运放、R、C组成，其开环电压增益和输入阻抗都很高，输出阻抗又低，构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用，但因受运算放大器频率限制，这种滤波器主要用于低频范围。
设计几种典型的二阶有源滤波电路：二阶有源低通滤波器、二阶有源高通滤波器、二阶有源带通滤波器，研究和设计其电路结构、传递函数，并对有关参数进行计算，再利用multisim 软件进行仿真，组装和调试各种有源滤波器，探究其幅频特性。
经过仿真和调试，本次设计的二阶RC有源滤波器各测量参数均与理论计算值相符，通频带的频率响应曲线平坦，没有起伏，而在阻频带则逐渐下降为零，衰减率可达到|-40Db/10oct|,滤波效果很理想。
1965年单片集成运算放大器的问世，为有源滤波器开辟了广阔的前景；70年代初期，有源滤波器发展引人注目，1978年单片RC有源滤波器问世，为滤波器集成迈进了可喜的一步。
由于运放的增益和相移均为频率的函数，这就限制了RC有源滤波器的频率范围，一般工作频率为20kHz左右，经过补偿后，工作频率也限制在100kHz以内。
1974年产生了更高频的RC有源滤波器，使工作频率可达GB/4（GB为运放增益与带宽之积）。
由于R的存在，给集成工艺造成困难，于是又出现了有源C滤波器：就是滤波器由C和运放组成。
这样容易集成，更重要的是提高了滤波器的精度，因为有源C滤波器的性能只取决于电容之比，与电容绝对值无关。
由RC有源滤波器为原型的各类变种有源滤波器去掉了电感器，体积小，Q值可达1000，克服了RLC无源滤波器体积大，Q值小的缺点。
但它仍有许多课题有待进一步研究：理想运放与实际特性的偏差的研究；由于有源滤波器混合集成工艺的不断改进，单片集成有待进一步研究；应用线性变换方法探索最少有源元件的滤波器需要继续探索；元件的绝对值容差的存在，影响滤波器精度和性能等问题仍未解决；由于R存在，集成占芯片面积大，电阻误差大（20%～30%），线性度差等缺点，使大规模集成仍然有困难。
一阶有源运放高通滤波器仿真multisim
一阶有源运放高通滤波器仿真multisim
在Multisim软件中仿真一阶有源运放高通滤波器可以按照以下步骤进行：
1.打开Multisim软件，并选择“新建”开始一个新的电路设计。
2.在组件库中找到并添加所需的元件，包括一个有源运放、电阻和电容。
3.连接电阻和电容以形成一个一阶高通滤波器的RC网络。
4.将有源运放与RC网络连接，确保输入连接到运放的非反馈输入端，输出连接到运放的输出端。
同时，将运放与电阻连接以形成负反馈。
5.设置电容和电阻的合适数值，以满足所需的滤波器截止频率。
6.为了进行仿真操作，添加一个信号源以提供输入信号。
可以选择一个交流电压源作为输入信号源。
7.添加一个示波器来查看输出信号。
8.进行仿真，观察输入信号和输出信号的频率响应。
9.对于进一步的优化和调整，可以更改电路中的元件值，以实现所需的滤波器特性。
请注意，在实际设计和应用中，还需要考虑其他因素，如功耗、稳定性等。
以上步骤可以作为一个起点，进行基本的滤波器设计和仿真。
三相有源电力滤波器simulink仿真
基于单周控制的三相电力有源滤波器的研究与仿真一、概述本次三相电力有源滤波器的仿真，我们参考了重庆大学周林教授的一篇题为《三相有源电力滤波器控制方法的研究》的论文。
本论文的创新点在于将i q -i p 检测法和单周控制的方法结合起来，以弥补两种方法的不足之处。
传统的单周控制方法只能同时补偿无功电流和谐波电流，电路虽然简单，但有一定的的局限性。
通过加入i q -i p 检测法，可有效的控制补偿量，再结合单周控制的方法跟踪电流，从而可以有效灵活的控制APF 对接有非线性负载的电网进行灵活的补偿。
二、仿真基本思路2.1 主电路该仿真的主电路由电源，传输线路和非线性负载构成。
其中非线性负载是由三相不控整流电路和阻感性负载构成(R=10Ω，L=5mH).在负载交流侧每相还接入一个大小为2mH 的电感。
电网侧由三相正弦交流电源组成，有效值为220V 。
APF 电路拓扑由三相全控电路组成，并联在非线性负载和电网电源的中间。
图2-1 主电路2.2 谐波检测电路谐波检测电路由Park 变换，锁相环PLL ，低通滤波电路LPF ，逆Park 变换构成。
基本工作原理为：首先采集负载端含有谐波的三相电流进行3-2变换，频率由a 相电压经过锁相环提供。
经过3-2变换之后，将得到的含有杂波的i d ，i q直流分量经过低通滤波后得到负载电流的基波直流形式分量，再将侧直流形式分量经过2-3变换后就得到负载电流的基波分量。
当i q通道和i p通道都同时存在时，APF对电网实现全补偿；若只有i p通道存在，断开i q通道，这时只补偿谐波。
图2-2 谐波检测部分2.3单周控制电路该电路的主要任务是让电源电流跟踪负载基波分量，从而达到滤波的效果。
其基本思路为：将由谐波检测电路所得到负载电流基波分量和实时采集到的电源侧电流分量求差，通过PI控制放大后，若电源电流小于负载电流基波分量，既PI模块输出为正，则下端比较强输出为负，闭锁与门，这是S ap输出为负，S an输出为正。
有源电力滤波器仿真研究
有源电力滤波器仿真研究目录摘要 (1)第一章有源滤波器介绍 (3)1.1 有源滤波器基本原理 (3)1.2 有源滤波器的优点 (3)1.3 有源电力滤波器的分类 (4)1.4 有源滤波器的关键技术 (5)第二章基于瞬时无功功率检测方法 (5)2.1基于瞬时无功功率理论的p q-谐波检测算法 (7)i i-谐波检测法 (8)2.2基于瞬时无功功率理论的p q第三章有源电力滤波器的控制策略 (10)3.1滞环比较控制 (10)3.2 三角波比较方式 (10)第四章有源电力滤波器的主电路设计 (11)4.1直流侧电容量的选择 (11)4.2 直流侧电压的选择 (13)第五章并联电力有源滤波器的仿真 (16)5.1 主电路 (16)5.2 指令电流运算电路 (16)5.4 结果分析 (17)5.3 电流跟踪控制电路 (17)第一章有源滤波器介绍1.1 有源滤波器基本原理有源电力滤波器是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置,它能对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿，其应用可克服IC滤波器等传统的谐波抑制和无功补偿方法的缺点。
电力滤波器的系统构成的构成原理图如下：图1-1有源电力滤波器系统构成原理图图中负载为谐波源，它产生谐波并消耗无功。
有源电力滤波器系统由两大部分组成，即指令电流运算电路和补偿电流发生电路(由电流跟踪控制电路、驱动电路和主电路三个部分构成)。
其中，指令电流运算电路的核心是检测出补偿对象电流中的谐波和无功等电流分量，因此有时也称之为谐波和无功电流检测电路。
补偿电流发生电路的作用是根据指令电流运算电路得出的补偿电流的指令信号。
1.2 有源滤波器的优点有源滤波器(Active Power Filter，APF)的基本原理是从补偿对象中分离出谐波电流，由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等而极性相反的补偿电流，从而使电网电流只含基波分量。
这种滤波器能对频率和幅值变化的谐波进行跟踪补偿，且补偿特性不受电网阻抗的影响，即不存在谐振的问题。
电力有源滤波器的电路仿真
电力有源滤波器的电路仿真1 引言由于各种用电设备的使用，使得供电网出现了功率因数低、电压不稳、三相不平衡和谐波等问题。
这些问题的总体表现是电网波形的畸变。
理论上，采用有源滤波器可以补偿电网中的任何畸变，但采用电力电子器件构成的电力有源滤波器存在生产成本及运行成本高的问题。
因此在我们开发设计的补偿系统中采用了无源加有源的混合方式。
在这种方式中无源部份采用电力电容作为执行器件，对电网中的大部份无功进行补偿。
有源部份则用于需要快速补偿的部份无功及谐波等。
这样我们可用功率较小的电力电子器件构成有源滤波器加上无源补偿部份对电网畸变进行较为理想的补偿。
在我们的设计中，主电力电子器件采用了igbt，在混合补偿方案中，由于igbt的高价格及高运行成本故不希望采用大功率的igbt，因此在混合补偿方案中，将小功率器件igbt运用于大功率电源系统中如何保护器件显得尤其重要。
本文介绍了一种电力有源滤波器电路，重点对流过igbt的电流进行了仿真研究。
2 电力有源滤波器电路2.1 电路图1为电力有源滤波器仿真电路。
图2为pwm信号形成及控制电路。
图1 电力有源滤波器仿真电路fig1 the simulation circuit of apf2.2 电路说明在图1中，s1～s6为压控开关其与d1～d6构成6单元的igbt模块，la,lb,lc为输出电感，c3～c5为滤波电容，rla,rlb,rlc为三相负载，r1～r3用于检测流过igbt 的电流。
hb1～hb3为子电路用于产生对称pwm控制信号去控制对应的igbt上下桥臂。
图2为三个子电路之一。
v2，v3用于模拟控制信号，v1产生三角波,table相当于一个电压比较器。
e1与e2相当于运放，e1为同相放大，e2为反相放大，e1，e2放大倍数均为1。
图2 pwm信号形成及控制电路fig2 pwm signal forming and controlling circuit3 电路仿真3.1 子电路工作仿真见图 2 子电路电路参数分别为：v2幅度0.9v,频率50赫芝,相位180度，即；v1正负幅度为1v,频率10khz。
有源滤波器Multisim12仿真(低通、高通、带通、带阻)
有源二阶压控带阻滤波器
R1 1kΩ VEE -12V
+
Rf 500ΩΒιβλιοθήκη XSC1Ext Trig + _ A _ + B _
XFG1
2
11
U1A
1
C2 1µF R3 10kΩ C3 2µF
Rf R RC
通带截止频率：假设 R R R ， C C C ， f H 品质因数： Q
，0.5≤Q≤100，一般选取 Q=1 附近的值 Aup
有源二阶压控高通滤波器
R1 1kΩ VEE -12V
+
Rf 1.5kΩ
XSC1
Ext Trig + _ A _ + B _
有源一阶低通滤波器
XSC1
R1 1kΩ VEE
Rf
A B _ + _
Ext Trig + _ +
3kΩ
-12V XFG1
11 2 1
U1A
R3 10kΩ C1 1µF
3 4
XBP1 LM324AM
IN OUT
VCC 12V
通带电压放大倍数： Aup
Rf R
通带截止频率：假设 R R ， C C ， f H
Auf Auf
。 Aup
Rf R
应小于 3，否则电路不能稳定工作。
RC f f 通带宽度： BW f H f L ( Auf ) f ， f L ( Auf ) ( Auf ) ， f H ( Auf ) ( Auf )
有源低通滤波器的设计和仿真分析
有源低通滤波器的设计和仿真分析有源低通滤波器是一种常用的电路，它可以将输入信号的高频成分滤除，只保留低频成分。
设计和仿真分析有源低通滤波器的过程包括以下几个步骤：确定滤波器的参数、选择放大器和电容、计算元件值、搭建电路并进行仿真分析。
本文将详细介绍这些步骤。
首先，确定滤波器的参数。
有源低通滤波器的参数包括截止频率f_c和增益增益增益A。
截止频率是指在这个频率以下，滤波器的输出信号的幅度将削减到输入信号的70.7%。
增益A是指在截止频率以下，滤波器的输出信号相对于输入信号的幅度增益。
接下来，选择放大器和电容。
放大器是有源低通滤波器的核心组件，它可以提供放大和滤波功能。
常用的放大器有运算放大器，电容可以用来构建滤波器的频率响应曲线。
然后，计算元件值。
根据滤波器的参数和放大器的特性，可以计算出电容的值。
通过选择不同的电容值可以调整滤波器的截止频率和增益。
同时，还需要根据放大器的供电电压和输入信号的幅度来选择合适的放大器。
最后，搭建电路并进行仿真分析。
根据前面计算得到的元件值，搭建有源低通滤波器的电路，并利用电路仿真软件进行分析。
通过观察电路的频率响应曲线和输出信号的波形，可以评估滤波器的性能。
需要注意的是，在设计和仿真分析有源低通滤波器时，还需要考虑一些其他因素。
例如，放大器的输入和输出阻抗、电源噪声、非线性失真等。
这些因素会对滤波器的性能产生影响，因此需要进行综合考虑。
总的来说，有源低通滤波器的设计和仿真分析是一个相对复杂的过程，需要综合考虑多个因素。
但通过合理的参数选择、元件值计算和电路搭建，可以设计出满足要求的有源低通滤波器。
并通过仿真分析评估滤波器的性能，以指导实际应用。
multisim仿真教程--二阶有源滤波器
图3.4.2 二阶有源低通滤波器电路
第11页，共13页。
图3.4.3 二阶有源低通滤波器的幅频特性
第12页，共13页。
图3.4.4 二阶有源低通滤波器AC Analysis仿真分析结果
第13页，共13页。
AUF
1 R1R2C1C2
U i (S ) S 2 S R2C2 R1C2 R1C1(1 AUF )
1
R1R2C1C2
R1R2C1C2
R1R2C1C2S 2
AUF R2C2 R1C2 R1C1(1 AUF )S
1
(3.3.6)
第7页，共13页。
令
AO
AUF
1
Rb Ra
2 n
1 R1 R2C1C2
第9页，共13页。
一个二阶有源低通滤波器电路如图3.4.2所示。启动 仿真，点击波特图仪，可以看见二阶有源低通滤波 器的幅频特性如图3.4.3所示。
利用AC Analysis（交流分析）可以分析二阶有源 低通滤波器电路的频率特性如图3.4.4所示。分析 方法参考3.3.2 一阶有源低通滤波器的AC Analysis （交流分析）分析步骤。
由（3.4.2）有：
（3.4.3）
UA
U P (Y4 Y5 ) Y4
将式（3.4.3）代入第3页式，共13（页。 3.4.1）得
将式（3.4.3）代入式（3.4.1）得
UP
(
Y4
Y4
Y5
)(Y1
Y2
Y3
Y4 )
Y4
UiY1
UOY2
0
（3.4.4）
考虑到
UP
UN
U
O
(
有源滤波器仿真
（1）由输入信号 ui，最大不失真输出功率 Pom，负载阻抗（扬声器）RL，求出总的电 压放大倍数（增益）Au ； （2）为了提高信噪比 S/N，前置放大电路的放大倍数应该适当取大； （3）为了使输出波形不致产生饱和失真，输出信号的幅值应小于电源电压； （4）最大不失真输出功率 Pom 测量方法：输入 f = 1kHZ 的正弦输入信号，并逐渐加大 输入电压幅值直到功放输出电压 uo 的波形出现临界削波时，测量此时负载阻抗（扬声器） RL 两端输出电压的最大值 UOm 或有效值 UO 则 Pom = UOm2／2 RL = UO2／RL； （5）功放的电压增益已经确定，同学可以根据以上公式，计算前置放大和有源滤波电 路的放大倍数，并在扩音机电路中进行相应调整。 3、前置放大级 根据电路图，由于驻极体话筒输入的信号在 10mV 左右，信号比较小，因而电路的电压 放大倍数应适当取大。R21、R30 为输入信号提供直流偏置，信号由 C5 耦合到放大器 U5A 进行放大，放大倍数为 R31/R_back=100k/1.5k=66.7，R52 使得放大倍数可以调节，调节范 围为 0—66.7 倍。在 U5B 处 MIC 信号无需进行放大（由微弱信号提取理论，这样可以得到 更好的信噪比） ，因而此处放大倍数取 R20/R25＝62k/62k=1。在电源处加入旁路电容以尽可 能减少电源噪声的影响。 音频信号可以来自收音机、录音机、计算机等音源的声音信号，信号动态范围较大，一 般为 100mV－200mV， 所以此电路电压放大倍数较小， 最大为 R20/R39=62k/16k≈4 倍， R56 进行放大倍数的调节。 思考：为什么放大倍数要这样取值？ 4、音调调节 如图电路所示，C52、C11 为输入输出耦合电容，电路的上、下两个部分实际上分别构 成了低、高通滤波器，R51、R55 分别控制滤波器的通带增益。R54 控制输出功率，也即音 量控制器。 该电路是否连接到系统中可选择。 思考：利用 orCAD/PSpice10.5 仿真该电路，看看它是如何工作的？ 5、功放电路 功放采用 TDA2030A 集成功率放大器，电路介绍如下： （1）输出功率大，电源电压适应范围宽（+/-2.5V ～ +/-28V），电源利用率高（大于 63%）。即可采用正负电源，又可单电源供电。本电路采用+12V 单电源供电，最大不失真输 出功率为 8W； （2）静态电流小（50mA 以下），动态电流大（能承受 3.5A 负载电流）；带负载能力 强，即可带动 4～16 欧姆的扬声器，某些场合又可带动 2 欧姆甚至 1.6 欧姆低阻负载。本电 路采用 1W/4 欧姆的扬声器； （3）噪声低，保真度高。输入端噪声电压最大不超过 1～5uV,信噪比可达 100dB，交叉 失真极低，额定功率下均小于 0.5%；
电力有源滤波器(APF)的仿真分析
《装备维修技术》2021年第6期—377—电力有源滤波器（APF）的仿真分析郭泽华（许昌电气职业学院，河南 许昌 461000）Simulation analysis of active power filterGuo Zehua引言电网谐波来源于三个方面：其一是电源质量不高产生谐波；其二是输电网产生的谐波，但是由于发电设备和电网技术的更新，其二者对于谐波污染的贡献量已经很少；其三是用电设备产生的谐波，其对于谐波污染的贡献量最多。
产生谐波电气设备主要有：1.整流设备、2.电弧炉、电石炉、3.变频装置、4.家用电器。
谐波的危害概括起来，大致可以有以下几个方面：1谐波增加了系统中元件的附加谐波损耗，降低了发电、输电及用电设备的使用效率、2谐波影响各种电气设备的正常工作、3谐波频率与输电系统固有的特征频率重合时会发生谐振、4谐波会导致继电保护和自动装置的误动作、5谐波会对邻近的通信系统造成明显的干扰，降低通信质量、6与弱交流系统连接时可能出现谐波不稳定性。
1 并联型有源电力滤波器工作原理在有源电力滤波器的各种类型中，占主导地位的是并联型有源电力滤波器。
这种有源电力滤波器可认为由两大部分组成，即指令电流运算电路和补偿电流发生电路。
其中补偿电流发生电路由电流跟踪控制电路、驱动电路和主电路三部分构成的。
图1 并联型有源电力滤波器的原理框图（Fig.1 principle block diagram of shunt active power filter） 图1所示为并联型有源电力滤波器的原理框图。
图中e s 表示交流电源，负载为谐波源（即补偿对象），它产生谐波并消耗有功功率。
有源滤波器与补偿对象并联接入电网，故称为并联型。
并联型APF的工作原理可由下式表示：（１-1）式中i Lf 为负载电流的基波分量，i c 为有源滤波器的补偿电流，i Lh 为负载电流的谐波分量。
由式（2-1）可以看到：当i Lh 被完全补偿后，系统电流变为理想的正弦波。
基于空间矢量的有源电力滤波器仿真研究
基于空间矢量的有源电力滤波器仿
真研究
本文旨在探讨基于空间矢量的有源电力滤波器仿真研究。
有源电力滤波器是一种常见的电力滤波器，它利用可控源来降低电力系统中的谐波和杂波。
本文将从以下几个方面介绍有源电力滤波器的原理、仿真方法、仿真结果评估以及应用前景。
一、原理介绍
有源电力滤波器的原理为将可控源直接并联到电路中，对干扰信号进行抵消或者减弱。
其直接效应为通过电流源向电网中注入反向频率的电流，从而进行干扰消除。
二、仿真方法
本文选取Simulink作为仿真平台进行仿真。
将有源电力滤波器的电路结构输入到Simulink中，然后在仿真中添加其他必要的电路元件，比如负载等。
最后，对仿真结果进行分析和评估，得到实验数据。
三、仿真结果评估
本文选取三相三线电力系统作为仿真对象，仿真结果表明有源电力滤波器的功效显著，可以很好地去除电力系统中的谐波。
得到的仿真数据也证明，有源电力滤波器比被动滤波器具有更好的过滤效果和更广泛的应用范围。
四、应用前景
有源电力滤波器在电力系统中有着广泛的应用前景。
它可以作为电力质量控制的重要手段，对提高电力系统的稳定性和可靠性起到重要作用。
此外，有源电力滤波器还可以用于给电子设备、光伏并网等领域，有着非常广泛的应用价值。
总之，基于空间矢量的有源电力滤波器仿真研究的实验数据表明有源电力滤波器的功效显著，应用前景十分广泛，具有重大的实际意义。
有源滤波器Multisim 仿真 低通 高通 带通 带阻
有源一阶低通滤波器XSC1通带截止频率：假设R R 3=，，C C 1=H f RCπ1=2 通带电压放大倍数：f up R A R 1=1+有源二阶压控低通滤波器Rf R1品质因数：upQ A 1=3-，0.5≤Q ≤100，一般选取Q =1附近的值通带截止频率：假设R R R 32==，C C C 12==，H f RCπ1=2 通带电压放大倍数：f up R A R 1=1+有源二阶压控高通滤波器Rf R1通带电压放大倍数：f up R A R 1=1+通带截止频率：假设R R R 32==，C C C 12==，L f RCπ1=2 品质因数：upQ A 1=3-有源二阶压控带通滤波器Rf R110k Ω通带电压放大倍数：uf up ufA A A =3-。
f up R A R 1=1+应小于3，否则电路不能稳定工作。
通带中心频率：假设R R R R 234=2=2=2，C C C 12==，通带中心频率f RCπ01=2通带宽度：()H L uf BW f f A f 0=-=3-，()L uf f f A 0⎤=-3-⎦2，()H uf ff A 0⎤=+3-⎦2有源二阶压控带阻滤波器Rf R1f uf R A R 1=1+应小于2，否则电路不能稳定工作阻带宽度：()H L uf f BW f f A f Q 00=-=22-=，其中()uf Q A 1=22-，()L uf f A f 0⎤=-2-⎦，()H uf A f 0阻带中心频率：假设，C C C C 1232=2==2R R R R 342==2=，阻带中心频率f RCπ01=2 f ⎤=+2-⎦。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1 引言
电力电子产品广泛应用于工业控制领域，并且用户对电能质量要求越来越高，其中最为突出的是电压质量和谐波问题。
因此，如何提高电压质量、治理谐波就成为输配电技术中最为迫切的问题之一。
低成本的无源滤波器PF(Passive Filter)是目前普遍采用的补偿方法，但其滤波效果与系统运行参数密切相关，在特定情况下无源滤波器还可能与系统发生谐振。
80年代以来，利用功率开关的有源电力滤波器APF(Active Power Filter)的研究越来越引起人们关注。
APF是一种用于动态谐波抑制、无功补偿的新型电力电子装置，但是由于电源电压直接加在逆变桥上，其对开关器件电压等级要求较高；当负载谐波电流大时，有源滤波装置的容量也相应较大；对于高于有源滤波器开关频率的谐波也无法通过有源滤波器滤除，因此同时具有较大的补偿容量和较宽的补偿频带较为困难。
将APF与PF相结合，合理分担补偿需求，可使APF容量减小。
混合型补偿方案的基本原理就是将常规型APF上承受的基波电压移去，使有源装置只承受谐波电压，从而可显著降低有源装置的容量，充分发挥PF的高耐压、大容量、易实现等特点以及APF所具有的宽谐波抑制范围和自动跟踪等优势。
2 无源滤波器
用于谐波治理的传统方式为并联无源LC滤波器，选定R、L、C的参数，使滤波网络在一定的谐波信号频率处产生谐振，从而达到抑制谐波的目的。
无源滤波器主要可以分为两大类：调谐滤波器和高通滤波器。
调谐滤波器实际应用较多的是单调谐滤波器，它是利用电感、电容的串联谐振原理构成的。
3 有源滤波器
有源滤波器的基本原理是从补偿对象中检测出谐波电流，由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等而极性相反的补偿电流，从而使电网中只含有基波分量，达到实时补偿电流的目的。
如果要求有源滤波器在补偿谐波的同时，还补偿负载的无功，则只要在补偿电流的指令信号中增加与负载电流无功分量反极性的成分即可。
这种滤波器可对频率和大小都随时间变化的谐波以及变化的无功功率进行迅速动态跟踪补偿。
(1)谐波检测谐波的测量方法包括采用模拟带通(或带阻)滤波器、基于傅里叶变换的谐波检测分析、基于瞬时无功功率的谐波检测等。
在谐波和无功电流的实时检测中运用最多的是基于瞬时无功功率的谐波检测方法。
这里采用以瞬时无功理论为基础的p-q运算法来实时检测谐波。
p-g运算法的原理框图如图1所示。
图1中，C23=C32T，该方法将三相电路各相电压和电流的瞬时值变换到α-β两相正交的坐标系上，根据定义算出瞬时实功率p、瞬时虚功率q，经低通滤波器LPF得p、q 的直流分量。
电网电压波形无畸变时，p为基波有功电流与电压作用所产生，q为基波无功
电流与电压作用所产生。
于是，由p、q即可计算出被检测电流ia、ib、ic的基波分量iaf、ibf、icf。
将iaf、ibf、icf与ia、ib、ic相减，即可得出谐波分量iah、ibh、ich。
(2)电流跟踪控制模块的建立由于有源电力滤波器产生的补偿电流应实时跟随其指令
电流信号的变化，即具有很好的动态响应特性，因此其控制大多采用跟踪型控制技术。
把希望输出的波形作为指令信号，把实际波形作为反馈信号，通过比较两者的瞬时值决定逆变电路各器件的通断，使实际的输出跟踪指令信号发生变化。
目前主要采用滞环比较器的瞬时值比较方式(hysteresis control)和三角波线性比较方式(tri-angle wave linear control)，这里采用后者。
4 混合型有源电力滤波器电路的建立
混合型有源电力滤波器电路结构如图2所示。
由无源和有源滤波器构成的混合滤波器有两种基本连接方式：串联型(SHAPF)和并联型(PHAPF)，这里采用后者。
其中，特定次谐波主要由无源滤波器补偿，采用多个单调谐滤波器组成，单调谐滤波器的调谐频率根据被补偿对象的谐波成分确定，无源滤波器可由5次、7次和11次单调谐滤波器构成。
有源滤波器采用电压型逆变器，输出各次谐波电压的叠加，用以滤除电网的部分谐波并抑制电网阻抗与无源滤波器之间的谐振。
输出滤波器采用LC低通滤波器，用以滤除电压型逆变器开关器件产生的高频毛刺。
5 仿真分析
有源电力滤波器采用PSIM进行仿真计算，其参数设置为：有源电力滤波器电网电压为线电压380 V，频率为50 Hz。
谐波源为常见的晶闸管三相桥式整流电路带感性负载，主要谐波含量为5次，7次谐波。
有源滤波器作用下的仿真结果如图3所示，图4为其仿真结果的傅里叶分析。
由仿真结果可看出，未投入有源电力滤波器前的负载电流谐波很大，投入有源电力滤波器可抵消严重畸变的电网谐波电压，使负载谐波电流相对基波总畸变率THD 由
30．44％下降为5.3％(其中5次、7次、11次谐波分别下降了25．12％、5．56％、4．74％)，对于高次谐波也有良好的滤波特性。
电网电流的波形在经过补偿后接近为正弦波，有源电力滤波器具有良好的滤波效果。
但仅在有源滤波器的控制作用下，补偿电流约为70 A ，有源滤波器承担的补偿容量较大。
因此，可以将补偿含量较大的低次谐波任务由无源滤波网络承担。
对图2所示的混合有源电力滤波器进行仿真实验，结果如图 5所示。
叶分析，结果如图6所示。
由图6a、b可看出，含量较大的5次、7次谐波主要通过无源滤波器滤除；输出电网电流中基本不含5次、7次谐波成分。
有源滤波器对5次、7次谐波有一定的补偿作用，但补偿值大大降低，如图6c所示．因而其容量相对于单独使用有源电力滤波器情况下大为减少。
6 结束语
理论分析和仿真结果表明，混合型APF的电路结构充分发挥无源滤波器和有源滤波器各
自优点，并减小了有源滤波器的容量，改善了无源滤波器的性能，达到了所设计的目标。
特
别适用于高压大容量场合下进行谐波和无功功率的综合治理。