有源电力滤波器设计(附件)
一般来说，非线性负载都会产生谐波。由于非线性负载的大量使用，使整个电网不能安全运行，所以必须采取措施对谐波进行补偿。通过比较几种谐波抑制的措施，最终选择了采用有源电力滤波器来进行动态补偿。本文开头说明了谐波产生的原因以及它会带来的影响，接着简单的介绍了有源滤波器的结构和工作原理。在谐波检测算法与控制策略上，简单的概括了瞬时无功功率理论的推导过程，通过MATLAB仿真比较p-q和ip-iq两种方法的谐波电流检测效果，并选择了用ip-iq检测法。然后，在补偿电流的控制方法上选择了三角载波比较法。本文所要完成的系统仿真是在MATLAB环境下进行建模的，利用仿真出来的结果，证明了整个系统所选方法的正确行和可行性。最后，本文所采用的芯片是DSP TMS320F2812芯片，并在该芯片上编写了控制程序，完成软硬件调试。关键词 并联型有源电力滤波器，瞬时无功功率理论，控制策略，MATLAB，DSP
目 录
1 绪论 1
1.1 谐波的产生和危害 1
1.2 抑制谐波的措施 2
1.3 有源电力滤波器的发展历史和研究趋势 2
1.4 本文主要的研究内容 3
2 有源电力滤波器的基本结构及其工作原理 3
2.1 有源电力滤波器的基本结构 3
2.2 并联型有源电力滤波器的工作原理 6
3 有源电力滤波器的谐波检测及控制策略 7
3.1 有源电力滤波器的谐波检测方法 7
3.2 有源电力滤波器补偿电流的控制策略 13
3.3 APF参数的选择 15
4 并联型APF的MATLAB仿真 18
4.1 建立谐波检测方法仿真模型 18
4.2 仿真波形 19
4.3 仿真结果分析 22
4.4 APF的系统仿真 22
5 并联型APF的软件设计 25
5.1 软件总体功能介绍 25
5.2 主程序的设计流程 25
5.3 中断控制设计流程 26
结 论 31
致 谢 32
参考文献 33
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
附录 程序 35
1 绪论
电力电子技术的进步让更多的功率器件产生，由此电能也得到了更加充分的利用，但正是因为使用了这些功率器件，才使电网电压和电流发生了畸变。同时，谐波和无功电流的注入量增大，电网有时候就会出现故障，甚至有的电气设备拒动作或误动作。因此，很多与这有关的领域都在研究这方面的内容。根据当前国内外的发展使用状况，在谐波和无功补偿上，有源电力滤波器的发展空间还是不可估量的。
近10年来发展了一种新型的电能优化装置，那就是有源电力滤波器。谈到有源电力滤波器，不得不提及的就是它的控制技术。采用模拟控制技术的滤波器有太多的弊端，例如它的电路复杂、易受干扰等等。然而数字控制技术解决了这个问题，因此人们越来越关注基于数字控制技术的有源电力滤波器。就目前的速度发展而言，数字控制肯定会成为今后的首选方式[1]。
1.1 谐波的产生和危害
1.1.1 谐波的产生
在本世纪二三十年代就出现了电网电压和电流畸变的问题，当然这是由于对汞弧变流器使用不当造成的。最早的一篇关于汞弧变流器谐波的论文是1945年J.C.Read发表的，并且这还被视为经典论文[2]。五六十年代，E.WKimbark在他的著作中详细的概括了谐波问题[3]。当前的谐波污染问题还是非常严峻的，也成为各国的关注焦点。总的来说，谐波的主要谐波源有以下几种：
1）电力变压器的非线性励磁；
2）旋转电动机引起的谐波；
3）电弧炉引起的波形畸变；
4）各种电力电子装置；
1.1.2 谐波的危害
近年来，谐波的污染问题一直都很严重。各种故障和事故频频发生，人们不得不提高对它的关注度。谐波所带来的危害如下所示[4]：
1）电流的集肤效应造成了电力系统设备的附加损耗增加，效率降低，缩短设备使用寿命。
2）谐波引起系统的谐振会造成谐波放大，不能保证设备和工作人员的安全。
3）不能保证保护装置的安全性，它会使系统保护装置的误动作或拒动，危及系统稳定性。
4）对通讯系统造成干扰，通讯设备无法正常工作。
5）测量和计量仪器的准确性受谐波影响。
1.2 抑制谐波的措施
说到谐波治理，目前有两种手段。第一种是根源治理。所谓根源治理就是抑制谐波的产生或者减少产生的谐波，如用PWM整流或者改变功率因数。第二种是优化治理。所谓优化治理就是要在电路中加入一个装置，可以通过这个装置来改变谐波的含量，以往都是在电路中加入各种无源或者有源滤波器[5]。
在电力系统中，用LC电路的谐振来消除谐波是比较传统的做法。这种方法的优点也是不可小视的，基本上可以很好的控制住谐波，但是无源滤波器不能做到动态补偿，电网参数的变化会影响它的补偿效果。
目前，使用无源LC滤波器已经不能满足现实的需求。为了更好的控制住谐波，有源电力滤波器由此而产生。作为一个新型的电能优化装置，即使频率和大小两个变量都发生了变化，它也一样能补偿谐波和无功功率。依据它的这种补偿效果，不得不说在选择谐波补偿装置时，它是一个理想的选择[6]。
1.3 有源电力滤波器的发展历史和研究趋势
1.3.1 有源电力滤波器的发展历史
20世纪70年代，有源电力滤波器只能通过非线性放大的方式来产生补偿电流，但考虑到损耗和成本问题，所以对它的研究一直仅限于实验室。1976年，消除电网谐波问题再次被提上议程，不过这次提出了采用APF。由此，便有了有源电力滤波器这个概念。同时，关于有源电力滤波器的补偿控制技术也有了新的探索。如果从补偿发生电路原理上来选择的话，PWM变流器肯定是不二之选，但当时的技术发展满足不了有源电力滤波器的需求，所以它还是在研究试验中[7]。到了20世纪80年代，各种技术都发展的很快，再结合瞬时无功功率理论，推动了有源电力滤波器提前进入工业应用阶段[8]。
目 录
1 绪论 1
1.1 谐波的产生和危害 1
1.2 抑制谐波的措施 2
1.3 有源电力滤波器的发展历史和研究趋势 2
1.4 本文主要的研究内容 3
2 有源电力滤波器的基本结构及其工作原理 3
2.1 有源电力滤波器的基本结构 3
2.2 并联型有源电力滤波器的工作原理 6
3 有源电力滤波器的谐波检测及控制策略 7
3.1 有源电力滤波器的谐波检测方法 7
3.2 有源电力滤波器补偿电流的控制策略 13
3.3 APF参数的选择 15
4 并联型APF的MATLAB仿真 18
4.1 建立谐波检测方法仿真模型 18
4.2 仿真波形 19
4.3 仿真结果分析 22
4.4 APF的系统仿真 22
5 并联型APF的软件设计 25
5.1 软件总体功能介绍 25
5.2 主程序的设计流程 25
5.3 中断控制设计流程 26
结 论 31
致 谢 32
参考文献 33
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
附录 程序 35
1 绪论
电力电子技术的进步让更多的功率器件产生，由此电能也得到了更加充分的利用，但正是因为使用了这些功率器件，才使电网电压和电流发生了畸变。同时，谐波和无功电流的注入量增大，电网有时候就会出现故障，甚至有的电气设备拒动作或误动作。因此，很多与这有关的领域都在研究这方面的内容。根据当前国内外的发展使用状况，在谐波和无功补偿上，有源电力滤波器的发展空间还是不可估量的。
近10年来发展了一种新型的电能优化装置，那就是有源电力滤波器。谈到有源电力滤波器，不得不提及的就是它的控制技术。采用模拟控制技术的滤波器有太多的弊端，例如它的电路复杂、易受干扰等等。然而数字控制技术解决了这个问题，因此人们越来越关注基于数字控制技术的有源电力滤波器。就目前的速度发展而言，数字控制肯定会成为今后的首选方式[1]。
1.1 谐波的产生和危害
1.1.1 谐波的产生
在本世纪二三十年代就出现了电网电压和电流畸变的问题，当然这是由于对汞弧变流器使用不当造成的。最早的一篇关于汞弧变流器谐波的论文是1945年J.C.Read发表的，并且这还被视为经典论文[2]。五六十年代，E.WKimbark在他的著作中详细的概括了谐波问题[3]。当前的谐波污染问题还是非常严峻的，也成为各国的关注焦点。总的来说，谐波的主要谐波源有以下几种：
1）电力变压器的非线性励磁；
2）旋转电动机引起的谐波；
3）电弧炉引起的波形畸变；
4）各种电力电子装置；
1.1.2 谐波的危害
近年来，谐波的污染问题一直都很严重。各种故障和事故频频发生，人们不得不提高对它的关注度。谐波所带来的危害如下所示[4]：
1）电流的集肤效应造成了电力系统设备的附加损耗增加，效率降低，缩短设备使用寿命。
2）谐波引起系统的谐振会造成谐波放大，不能保证设备和工作人员的安全。
3）不能保证保护装置的安全性，它会使系统保护装置的误动作或拒动，危及系统稳定性。
4）对通讯系统造成干扰，通讯设备无法正常工作。
5）测量和计量仪器的准确性受谐波影响。
1.2 抑制谐波的措施
说到谐波治理，目前有两种手段。第一种是根源治理。所谓根源治理就是抑制谐波的产生或者减少产生的谐波，如用PWM整流或者改变功率因数。第二种是优化治理。所谓优化治理就是要在电路中加入一个装置，可以通过这个装置来改变谐波的含量，以往都是在电路中加入各种无源或者有源滤波器[5]。
在电力系统中，用LC电路的谐振来消除谐波是比较传统的做法。这种方法的优点也是不可小视的，基本上可以很好的控制住谐波，但是无源滤波器不能做到动态补偿，电网参数的变化会影响它的补偿效果。
目前，使用无源LC滤波器已经不能满足现实的需求。为了更好的控制住谐波，有源电力滤波器由此而产生。作为一个新型的电能优化装置，即使频率和大小两个变量都发生了变化，它也一样能补偿谐波和无功功率。依据它的这种补偿效果，不得不说在选择谐波补偿装置时，它是一个理想的选择[6]。
1.3 有源电力滤波器的发展历史和研究趋势
1.3.1 有源电力滤波器的发展历史
20世纪70年代，有源电力滤波器只能通过非线性放大的方式来产生补偿电流，但考虑到损耗和成本问题，所以对它的研究一直仅限于实验室。1976年，消除电网谐波问题再次被提上议程，不过这次提出了采用APF。由此，便有了有源电力滤波器这个概念。同时，关于有源电力滤波器的补偿控制技术也有了新的探索。如果从补偿发生电路原理上来选择的话，PWM变流器肯定是不二之选，但当时的技术发展满足不了有源电力滤波器的需求，所以它还是在研究试验中[7]。到了20世纪80年代，各种技术都发展的很快，再结合瞬时无功功率理论，推动了有源电力滤波器提前进入工业应用阶段[8]。
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