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混合型有源电力滤波器的研究

学生：XXX 指导老师：XXX

摘要：由于高可控性、快速响应、体积小、重量轻等优点，有源滤波器在抑制谐波、补偿无功、提高功率因数上得到广泛的应用，研究成果也越来越多。但有源滤波器的成本太高，这缺点又限制了其实际应用。将有源电力滤波器与无源电力滤波器相结合，构成混合有源滤波器，取两者之长，补两者之短，既可以降低谐波补偿系统的成本，也可以有良好的谐波补偿效果，从而达到混合有源滤波器实用的目的。

本文介绍了谐波的基本概念、谐波的产生及其危害，分析了无源滤波器、有源滤波器和混合型有源滤波器各自的工作原理及优缺点，介绍了利用预检测方法来检测谐波的方法。在此基础上设计了一种基于TMS320LF2407为控制核心的并联混合型有源电力滤波器。最后对设计的硬件原理图和谐波检测方法，利用MATLAB/Simulink进行仿真，仿真结果验证了理论分析和设计的有效性和可行性。

关键词：谐波，混合型有源电力滤波器，预检测，MATLAB

ABSTRACT: Active power filter(APF)is considered as the most effective method to harness the serious"power pollution".It is a developmental tendency of utilizing APF compensating harmonic current and idle-current. In order to minimize the capability and production costs of APF,a novel topology of shunt-hybrid active power filter is put forward.

The paper introduces the concept of harmonics,its harm to power grid. The paper analyzes respective principles and relativem erits of passivefilter,active power filter and hybrid active power filter.Then the paper introduces predicting of the harmonic currents.On the base of which the paper designs a new parallel hybrid active power filter which is controlled by TMS320LF2407.In the end the paper simulates hardware systems and harmonics detection methods by MATLAB/Simulink.The simulation and primarily experimental results verify the validity and feasibility of the method.

Key Words: Harmonic,Hybrid active power filter,Predicting,MATLAB

一、引言

1822年，法国数学家傅立叶（J.Fourier,1768~1830）指出，一贯任意函数都可以分解为无穷多个不同频率正弦信号的和。基于此，国际电工标准定义谐波为：谐波分量为周期量的傅立叶级数中大于1的n次分量。把谐波次数n定义为：以谐波频率和基波频率之比表示的整数。电气和电子工程师协会标准定义谐波为：谐波是一个周期波或量的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍。总结二者，目前国际普遍定义谐波为：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[1,2]。

理想的电网提供的电压，应该是单一而固定的频率以及规定的电压幅值。谐波电流和谐波电压的产生，对电网是一种污染，它将使用电设备所处的环境恶化，也对周围的通信系统和电网以外的设备带来危害。谐波对电网和其它系统的危害大致有如下几个方面：

1．谐波使电网中的元件产生了附加的谐波损耗，降低了发电、输电和用电设备的效率，大量的3

次谐波电流流过中性线时会使线路过热，甚至发生火灾。

2．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，使变压器铁损增大可能出现局部严重过热。谐波使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短，以至损坏。

3．谐波会引起电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，这就使(1)和(2)的危害大大增加，甚至引起严重事故。

4．谐波会导致继电保护和自动装置的误动作，并会使电气测量仪表计量不准确。

5．谐波会对邻近的通信系统产生干扰，轻者产生噪声，降低通信质量；重者导致信息丢失、使通信系统无法正常工作。

二、无源滤波器和有源滤波器的工作原理

无源滤波器是利用电路的谐振原理，即当发生对某次谐波的谐振时，装置对该次谐波形成低阻通路，而达到滤波的目的[3,4]。

图1 有源滤波器的基本工作原理

有源滤波器由两大部分组成：谐波和无功功率检测电路及产生补偿电流的逆变器。前者的作用是先从补偿对象中检测出谐波和无功电流等分量，后者的作用是根据检测出的谐波和无功电流等产生幅值相等、相位相反的谐波分量，再注入电网，达到实时补偿谐波的目的[5]。电压型并联式的基本原理结构如图1所示。

三、混合型有源滤波器的分类及其优点

常用的混合型有源滤波器有：并联APF混合有源滤波器；串联APF混合型滤波器；串联—并联混合有源滤波器[6]。

无源滤波器虽然有结构简单，运行维护经验成熟，一次性投资和运行维护费用低廉等优点；但这种“无源型”LC滤波器抑制谐波的效果并不理想，且系统LC也经常变化，当系统阻抗参数运行条件的变化，会发生与系统并联或串联谐振问题，造成电源侧某一频率上谐波电流倍增，严重影响滤波器性能，它一般只适用于静态补偿。

有源电力滤波器克服了无源滤波器固有缺陷，为消除电网谐波提供了有效手段且有良好的谐波补偿效果。但其存在容量与动态性能成反比、一次性投资和运行费用高等不足，影响了其实际应用的推广。

混合有源电力滤波器不仅克服了无源、有源电力滤波器的不足，而且兼有两者优点。因此，混合有源滤波器具有很好的应用前景。

四、xxx