基于单周控制的有源电力滤波器的研究与仿真分析

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1、基于单周控制的有源电力滤波器的研究与仿真分析第1章绪论1.1电力系统中谐波的产生与危害近年来，随着电力电子技术的发展，各种非线性设备被应用于电力系统中，使供配电网中的谐波问题日趋严重，甚至会造成供配电网中三相不平衡、三相电压或电流畸变等[1]。根据有关文献数据，电网中谐波的产生主要是由整流设备和电源变换（斩波和逆变）设备造成的。在这些电力电子设备中，几乎都由电容、电感、整流二极管和晶闸管等非线性元件或者是输入直流电源等组成，因此，使用这些设备会向电网注入大量谐波，造成了谐波污染，同时消耗了无功功率。在日益发展的电力电子科技

2、的推动下，谐波污染和无功消耗不仅仅主要由工业电力设备，诸如电力电源开关、大型整流设备、变频器和不间断供电装置等产生，在人民日常生活中，变压器、变频器、整流器等在各种家电中更是普遍而常见，而且家庭照明设备一般都属非线性负载，这些设备的使用，都使电网中的谐波污染日益严重。谐波治理是当前电力系统领域急需解决的课题。能够产生谐波的设备通常都是由非线性元件组成或者等效为非线性负载，非线性负载在产生谐波的同时也会消耗大量的无功功率。尽管一些整流设备（如二极管不控整流器）由于其自身特性使其基波电流与输入电压的相位趋于一致，进而对无功功率

3、消耗基本为零，但是这样的设备对电网谐波的注入量是可观的，谐波电流的增大等同于消耗了无功功率。然而通过供电电网提供或补偿无功功率并不是一个可行的方案。一方面电网要坚持供电的质量，另一方面，无功功率远距离输送会产生一系列经济和可靠性问题。因此，电网中的谐波治理和无功补偿需要借助外接设备来实现功能。在这种背景下，电力无源滤波器应运而生。这种滤波器由电力电容和无源器件组成，使用时需与目的电路并联连接，使其从整体上等效为一个线性负载电路。其优点是电路结构简单、经济性强、操作简单，能同时解决谐波问题和无功补偿问题；但是其缺点也是显而易

4、见的，一方面由其物理结构决定，无源滤波器不能根据谐波次数的变化而跟踪调整，只能滤除固定几次谐波；另一方面，在谐振情况下会放大某次谐波。所以，单纯通过无源滤波器来治理谐波已经成为当今电力系统领域的一种传统方法。........1.2谐波治理的意义和必要性随着电力电子技术的发展，大量强非线性负载投入到电网中运行，不可避免地产生了大量谐波电流，造成谐波污染，同时也消耗了大量无功功率，而且现代供配电系统随着电力电子设备和非线性负载的广泛应用，正逐步成为一个复杂的非线性网络[2]。由于供配电网谐波问题的复杂性，无源滤波器因其固有的缺

5、点使得在适用领域上愈加局限。因此，谐波治理课题是电力系统领域中一个具有现实重要意义的课题。为了保证电网供电质量，有效地治理谐波问题，各国学者都展开了相应的研究和实验，并取得了新的进展。随着电力开关控制技术的发展，为了有效弥补无源滤波器的局限性，国外有关学者经过大量研究实验，研制出一种能够实时跟踪谐波电流的装置，称之为电力有源滤波器。电力有源滤波器最先在发达国家投入运行，并且经过多年的实践和研究完善，电力有源滤波器得到了很好的发展。电力有源滤波器在改善电能质量方面具有重要的意义[3]。电力有源滤波器(ActivePo、4M导

6、通，此时控制开关占空比逐渐增大，使式（2.15）得到满足时进入下一时刻，将2M、4M截止，1M、3M导通。（2.15）方程实际上就是一个开关信号方程，当开关状态不变时量变即刻产生，到某一定量时启动转换信号，变更为下一状态，周而复始，这样就实现了滤波功能。........第3章单周控制APF主电路和控制电路的设计..........163.1主电路参数设计........163.1.1单周控制主电路参数与补偿性能之间的关系......163.1.2电感L的确定.....163.1.3电容电压CU的确定..........18

7、3.2控制器PI环节的意义和参数调整........223.3PI环节的参数估算.....283.3.1P参数的估算........283.3.2PI环节I参数对电路性能的影响及其应满足的要求.........293.4具体电路的计算仿真........303.4.1仿真参数计算......313.4.2仿真结果.......32第4章单周控制三相APF控制方程的推导和电路仿真......364.1单周控制三相APF的数学模型.....364.2三相单周控制方程的推导.......364.3采用PSIM6.0对电路进行仿真

8、......41第5章结论......44第4章单周控制三相APF控制方程的推导和电路仿真4.1单周控制三相APF的数学模型当今随着电力电子技术的发展，三相电力电子器件已朝着大功率、高频和集成化等方面快速的发展，同时也向电网中注入大量谐波，甚至引起三相不平衡。所以对三相系统中的谐波进行治理和三相不平衡进