基于dsp的三相四线制有源电力滤波器的分析

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1、第一章绪论性负载的电流型整流电路所产生的谐波污染和功率因数滞后己为人们所熟悉，而直流侧采用电容滤波的不控整流电路随着开关电源(如电视机、个人电脑等)和电压型逆变器(如变频器、UPS，感应加热电源等1的广泛应用也产生越来越严重的谐波污染。单相不控整流加电容滤波方式，输入电流畸变率(THD)高达100％；三相不控整流电路的THD也高达60％16-s]。电流型整流器使输入电流为方波，降低了输入电流的THD，但会带来电压的尖峰和缺口。另外，相控整流装置也会在网侧产生大量的谐波电流。谐波对公用电网和其它系统的危害大致有16J：(1)使电网中的元件产生附加的谐波损耗，

2、如使电动机引起附加损耗、发热增加，过载能力、使用寿命和效率降低，产生脉动转矩；另外降低了发电、输电及用电设备的效率，大量的3次谐波电流流过中性线会导致中线过热甚至发生火灾。(2)谐波电流在输电线路上的压降会使用户端的电压波形产生严重的畸变，影响电气设备的正常工作。谐波使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化，寿命缩短，以致损坏。(3)容易使电网与用于补偿电网无功功率的并联电容器发生局部并联或串联谐振，造成过压或过电流，使电容器绝缘老化，甚至引起严重事故。据统计，由于谐波问题引起的电容故障占电容器总故障的71％．83％。(4)导致继电保护和自动装置的误动作，并使电

3、气测量仪表计量不准，影响计量精度。(5)对临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。1．1．2谐波抑制(1)无源滤波器针对谐波问题，传统方法是采用LC滤波器。它是由电容器、电抗器和电阻器适当组合而成的滤波装置，与谐波源并联，起旁路谐波的作用。LC滤波器具有结构简单、设备投资少、运行费用较低等优点。但这种方法有如下不足：它的补偿特性易受电网阻抗和运行状态的影响，易和系统发生并联谐振，导致谐波放大，使LC滤波器过载甚至烧毁。此外，它只能补偿固定频率的谐波，补偿效果也不甚理想。(2)有源电力滤波器目前，谐波抑制

4、的一个重要趋势是采用有源电力滤波器(ActivePowerFilterAPF。有源滤波器是一种电力电子装置。这种滤波器能对频率和幅值都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，既可以对一个谐波和无功源单独补偿，也可对多个谐波和无功源集中补偿，因而受到广泛的重视。1．2有源电力滤波器的研究基础1．2．1理论基础有源电力滤波器在理论算法上主要包括两个方面：指令信号的实时检测和PWM第一章绪论(PulseWidthModulation)变流器的控制策略。1．指令信号的实时检测随着数字信号处理理论的不断发展，对有关谐波实时检测的算法研究正不断深入，本节

5、将就谐波检测的算法研究作简单的介绍。(1)基于Fryze功率定义的检测方法该检测方法的原理是将负荷电流分解成两个正交分量：与电压波形一致的分量，另一个分量作为广义无功电流(包括谐波电流)分量。当电网电压畸变时，这种算法的结果中也含有畸变分量，这是它的局限性；另外，由于Fryze功率定义是建立在平均功率的基础上，所以要求瞬时有功电流需要进行一个周期的积分，再加上其它运算电路，会有几个周期延时，因此实时性较差。(2)快速傅里叶变换(FFr)检测法快速傅里叶变换(F丌)能减少时域——频域之间相互变换的运算量，滤波时采用全数字频域滤波方法，自动跟踪电网频率的波动，

6、自适应地提取基波分量；但是该方法不能检测无功电流，检测谐波电流要求严格的同步采样和等间隔采样，否则会出现栅栏效应和频谱泄漏现象，而且此方法需进行两次FFT．．变换，运算量仍很大。(3)基于瞬时无功功率理论的dq变换法日本学者赤木泰文提出的瞬时无功功率理论【91，将有源滤波器的研究提到了一个新的高度。基于瞬时无功功率理论的谐波电流检测技术，物理概念明确、硬件实现简单、检测精度高，由于延时很小，所以动态特性好，缺点是运算量较大，且只适用于对称且无畸变三相电压，对于三相不对称负载所产生的谐波和无功电流，检测效果不够理想。(4)自适应检测法自适应检测法是利用自适应

7、干扰对消原理，从负载电流中消去基波有功分量，从而得到所需的补偿电流指令值，它通过不断的自我调整使系统处于最佳状态【协11l。其优点是抗干扰能力强，体现在：当电网电压畸变或基频扰动时，检测系统仍能J下常工作，运行特性基本上不受元件参数影响。其缺点也非常明显，那就是实时性不好。为了解决这一问题，有人提出了用神经网络实现的自适应检测法。(5)同步测定法该方法的出发点是从功率平衡的角度确定补偿电流，即首先计算系统的平均功率，分别考虑各相的情况，把补偿分量分配到三相中去，使补偿后的每相功率相等【12。1引。同步测定法在补偿无功及谐波电流的同时，还具有平衡各相电流的作

8、用，对于不同运行情况具有较大的灵活性。这种检测方法缺点是：实时性较