1、电力有源滤波器的设计开题报告南京工程学院 本科毕业设计（论文）开题报告 题目： 电力有源滤波器的设计专 业：班 级： 学 号: 学生姓名： 指导教师： 2014 年3月学生姓名 学 号专 业指导教师职 称课题来源自拟课题课题性质工程技术研究课题名称电力有源滤波器的设计毕业设计的内容和意义 根据个人所选课题，把我的研究内容分为以下几个部分：第 1 部分为绪论，概述了谐波的产生与其危害及谐波抑制的各种方法。有源电力滤波器发展现状，阐述了当前 APF 的研究热点。第 2部分分析了有源电力滤波器的拓扑结构、工作原理和工作特性。从多个方面出发对有源电力滤波器进行了分类和介绍，并分析了各自的优缺点。第 3
2、 部分分析了有源电力滤波器谐波检测方法，并分析了各种谐波检测方法的工作原理和特性，通过对比选择 ip-iq 算法作为本文谐波检测方法。第 4 部分介绍了本次论文的总体设计方案，并给出了相关的原理框图。第 5部分在MATLAB/Simulink中建立三相三相制有源电力滤波器的仿真模型，并对各个模块进行仿真和详细的阐述。选择不同的整流负载，对负载电流波形和补偿后的电流波形进行对比，验证了 APF 的补偿性能。第 6部分对全文做出总结，对有源电力滤波器系统存在的一系列问题进行探讨，并提出下一步的展望。随着电力电子装置日益广泛的应用，电力电子装置自身所具有的非线性导致了电网中含有大量谐波，这些谐波给电
3、力系统带来了严重的污染，严重危害了用电设备和通信系统的稳定运行。虽然传统的无源电力滤波器具有结构简单、成本低、技术成熟、运行费用低等优点，但同时也有一些缺点，例如只能抑制固定的几次谐波，并对某次谐波在一定条件下会与电网阻抗产生谐振反而而使谐波放大。目前，谐波抑制的一个重要趋势是采用有源电力滤波器，有源电力滤波器也是一种电力电子装置，且相关技术的研究也日渐成为研究的热点。本文阐述了几种常见APF的拓扑结构及各自的优缺点，详细分析了基于瞬时无功功率理论的谐波检测方法，比例控制和前馈控制两种电流环控制策略以及SPWM和SVPWM两种调制策略。介绍了电力有源滤波器的基本原理和结构，并设计了并联型有源电
4、力滤波器的控制系统，实验结果表明,其谐波抑制和无功补偿可以达到良好的效果,在技术上是可行的。文献综述1.1谐波的产生谐波的产生主要是由于大容量电力和用电蒸馏或换流设备遗迹其它非线性负荷造成的。电脑里系统中，一切负载的存在将要求电网提供非正弦电流。非线性负载产生了畸变电流波形，并引起电压波形畸变。系统中的谐波源分为三种：1稳态性：产生的谐波成分和幅值基本稳定不变。如电网电压稳定时的变压器贴心非线性产生的谐波，带稳定负载的整流器等。2动态性：产生的谐波具有明显的随机性。如电弧炉，电气机车等。3突发性：该谐波源在正在运行并不产生谐波，只在特定条件下产生。如变压器空载合闸的励磁涌流，投入电容器组时的暂
5、态过程。1.2谐波的危害谐波主要危害可以说是电网的一个公害。主要表现在以下几个方面：增加电力设施的负荷，降低系统的功率因数，降低发电、输电及用电设备的有效容量和效率，造成了设备、线路的浪费和电能损失；引起无功补偿电容器谐振和谐波电流放大，导致电容器组因过电流或过电压而损坏或无法投入运行；产生脉冲转矩致使电动机振动，影响产品质量和电机寿命；由于涡流和集肤效应，使电机、变压器、输电线路等因产生附加功率损耗而过热，浪费电能并加速绝缘老化1；文献综述1.3谐波的抑制方法（1）无源滤波无源滤波器，又称LC滤波器，是利用电感、电容和电阻的组合设计构成的滤波电路，可滤除某一次或多次谐波，最易于采用的无源滤波
6、器结构是将电感与电容串联，可对主要次谐波构成低阻抗旁路；单调谐滤波器、双调谐滤波器、高通滤波器都属于无源滤波器。无源滤波器具有结构简单、成本低廉、运行可靠性较高、运行费用较低等优点。基本的无源滤波器的拓扑结构如下图所示：（2）有源滤波目前，谐波抑制的一个重要趋势是采用电力有源滤波器(Active Power Filter-APF)2。有源电力滤波器也是一种电力电子装置。其基本原理是从补偿对象中检测出谐波电流，由补偿装置产生与该谐波电流大小相等而极性相反的补偿电流，从而消除电网中的谐波。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，因而受到广泛的重视，并且在日本
7、等国得到广泛的应用。有源电力滤波器的基本思想在六七十年代就己经形成。80年代以来，由于大中功率全控型半导体器件的成熟，脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation-PWM)控制技术的进步，以及基于瞬时无功功率理论的谐波电流瞬时检测方法的提出，有源电力滤波器才得以迅速发展。文献综述2.1按联接方式确定APF的种类APF的结构形式很多，但其基本原理都是类似的，按电路拓朴结构可分为并联型APF、串联型APF和串-并联型APF。（1）并联型APF下 图为并联型APF 基本结构。由于与系统并联, 可等效为一受控电流源。并联型APF 可产生与负荷电流大小相等、方向相反的谐波电流, 从而将电源
8、侧电流补偿为正弦基波电流。主要适用于抵消非线性负载的谐波电流、无功补偿及平衡三相系统中的不平衡电流等。并联型APF 在技术上比较成熟4。并联型有源滤波器结构图2）串联型APF图2.3为串联型APF基本结构。通过1个匹配变压器将APF串联在电源和负载之间, 以消除电压谐波, 平衡或调整负载的端电压。与并联型APF相比, 串联型APF损耗较大, 且各种保护电路也较复杂。因此, 很少单位使用串联型APF, 大多将其作为混合型APF 的一部分。 串联型有源滤波器结构图文献综述3）串并联APF图2.4为串-并联型APF 基本结构。具有串联APF 和并联APF 的优点, 能解决电气系统发生的电能质量问题,
9、 又称为万能APF或统一电能质量调节器。串联型APF将电源和负载隔离，阻止电源谐波电压串入负载和负载电流流入电网。并联型APF提供一个零阻抗的谐波支路，把负载中的谐波电流吸收掉3。这种方案兼有串、并联APF的功能，可以抑制闪变、补偿谐波、消除共同耦合点处的三相电压不平衡，具有较高的性价比。该类APF的主要问题是控制复杂、造价较高。2.2APF的补偿电流控制方法1 三角载波控制2 滞环比较控制3 变结构控制4 无差拍控制与差拍控制5单周控制（又称积分复位控制）6 空间矢量调制2.3电力有源滤波器的主要作用和优势 随着技术的发展,变频设备大量应用于各类场合,变频设备会产生大量的谐波,因此,这类场合
10、是电力有源滤波器的主要市场之一,电力有源滤波器主要是用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置，它能够对不同大小和频率的谐波进行快速跟踪补偿，在很多电力使用场所中滤波器的主要作用有两种.文献综述1.有着低纹波电流,高电流响应速度的优势,本来纹波电流和电流响应速度就是两个矛盾的指标,电力有源滤波器,而他的原理是检测负载谐波,注入反相谐波,以谐波的相互抵消达到滤波的目的.逆变器采用脉冲宽度调制,根据电工的基本原理,纹波电流决定于开关频率、直流母线电压、输出电感的大小,与电流环的控制无关.电力有源滤波器解决这个矛盾的办法只能是提高开关频率.在计算电流响应速度时,起作用的将是全部直流母线电压,而输出
11、电感的减半,将加快电流的响应速度,增强滤波效果,提高单机容量.2.电力有源滤波器还有着提高系统耐压的优势,主要是应用于较高电压系统.通常为了提高电流响应速度、保证补偿效果,处理谐波的电力有源滤波器比处理基波的变频器或并网逆变器需要更高的直流母线电压.3.总结有源滤波器是改善供电质量，净化电网污染的一种有效装置，自从七十年代提出以来，有源滤波技术得到了长足的发展，越来越多的APF投入了运行，无论从现实功能还是运行功率上都有明显进步。目前，APF已经运用在提高电能质量，解决三相电力系统中终端电压调节，电压波动抑制，电压平衡改善以及谐波消除和无功补偿等问题上。从近年来的研究和应用1-可以看出，有源滤
12、波器的发展前景如下：1)随着新型能源的发展，有源滤波器的运用范围得到极大扩展。特别是新型能源发电后并入电网时，有源滤波器可减少其对电网产生危害。2)从成本和效率，以及扩大容量来说，APF与PF混合使用的有源滤波器系统将得到更加广泛得运用。3)有源滤波器装置的多功能化也是其发展的一个方向。APF在消除高次谐的同时，提高电力系统的稳定性，抑制闪变和补偿无功。这样既符合电力系统发展的需要，又从功能上降低了装置得成本。参考文献1 林海雪, 孙树勤. 电力网中的谐波. 北京: 中国电力出版社, 19982Jauch T, Kara A, Rahmani M, et al. Power quality e
13、nsured by dynamic voltage correction. ABB Review. 1998, 4: 2536.参考文献3吴竞昌. 供电系统谐波M. 北京：中国电力出版社, 19984 杨桦, 任震. 基于谐波波变换检测谐波的新方法. 电力系统自动化. 19975 王兆安.谐波抑制和无功功率补偿M.机械工业出版社，2005.106 徐迎春.并联有源电力滤波器(APF)基于空间矢量的滞环控制D.浙江大学，2004.37 李民，王兆安.基于瞬时无功功率理论的高次谐波和无功功率检测J.电力电子技术.1992（2）：14-178 于晶荣.基于电压空间矢量的有源电力滤波器无差拍电流控制方
14、法J.湖南大学学报，2008,35（10）：33-359 曾江.基于最优电压矢量的有源电力滤波器电流控制新方法J.电力系统自动化，2000,24（6）：25-3110 尹勇，欧光军，关荣锋.DSP 集成开发环境 CCS 开发指南M.北京航空航天大学出版社，200311王兆安等，谐波抑制和无功功率补偿，机械工业出版社（4版），200012王兆安等，电力电子技术，机械工业出版社（5版），2009研究内容第 1 部分为绪论，概述了谐波的产生与其危害及谐波抑制的各种方法。有源电力滤波器发展现状，阐述了当前 APF 的研究热点。第 2部分分析了有源电力滤波器的拓扑结构、工作原理和工作特性。从多个方面出发
15、对有源电力滤波器进行了分类和介绍，并分析了各自的优缺点。 第 3 部分分析了有源电力滤波器谐波检测方法，并分析了各种谐波检测方法的工作原理和特性。研究计划第1周 资料查询，了解滤波器现状与发展第2周 熟悉有源滤波器控制方式和控制结构第3周 撰写开题报告第4周 熟悉matlab软件第5周 方案的设计第6周 方案的设计第7周方案的设计第8周 方案的设计第9周 方案的设计第10周确定方案第11周 仿真调试第12周仿真调试第13周 整理设计内容，撰写毕业设计论文第14周答辩特色与创新电力有源滤波器还有着提高系统耐压的优势,主要是应用于较高电压系统.通常为了提高电流响应速度、保证补偿效果,处理谐波的电力有源滤波器比处理基波的变频器或并网逆变器需要更高的直流母线电压。指导教师意 见指导教师签名： 年 月 日教研室意见主任签名： 年 月 日 年 月 日本科毕业设计(论文)开题报告
