有源电力滤波器在无功补偿与谐波抑制中的研究

论文摘要

随着电子技术的迅猛发展和电力电子装置的广泛应用,人们对电能的使用及电能质量提出了更高的要求。有源电力滤波器被公认为是综合治理“电网谐波污染”最有效的手段,利用有源电力滤波器进行电力系统谐波抑制和无功补偿是今后的一个发展趋势。为了使有源电力滤波器的容量和生产成本大幅降低,本文提出了无源加有源的混合滤波方式,主要研究内容如下:首先,研究了LC无源滤波器的阻抗特性和对无功补偿的影响,并推导了参数的选取计算方法。重点分析了有源电力滤波器(APF)的基本原理,包括其分类和阻抗特性,以及各种类型(并联型、串联型、混合型)有源电力滤波器的基本结构和工作原理。针对当前使用最广泛、最有效的混合型有源电力滤波器,进行了重点分析和研究。其次,快速、准确地检测谐波电流、谐波电压、无功电流信号是实现有源电力滤波器的关键之一。本文对各种谐波检测方法作了介绍,在分析各种谐波检测技术的基础上,重点对基于瞬时无功功率理论的电流检测技术在电压不对称时检测存在的误差进行了研究,提出了一种改进的谐波电流检测方法。再次,对谐波源负载的无功和谐波作了分析,阐述了并联混合型有源电力滤波器的工作原理。设计了一套三相并联型电力有源滤波器的实验装置,控制系统以TI公司DSP芯片TMS320LF2407A为控制核心,采用基于瞬时无功功率理论的谐波检测方法,同时采用电压空间矢量的控制方法。控制电路包括数字控制电路(DSP)、信号采集电路以及驱动控制电路,谐波检测和控制的算法通过软件编程实现。最后,对一种新型混合型有源电力滤波器进行了研究。这种滤波器带有基波串联谐振、补偿原理以及降低有源部分容量的特点,有很好的滤波特性,且不承担有源部分的基波电压,从而降低了容量,节省了成本,并利用仿真软件搭建仿真模型,得到了仿真结果,结果证明这种拓扑结构的混合系统能有效地降低有源部分的容量,更适合在大功率场合下的应用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.1.1 谐波源的产生及其危害
• 1.1.2 谐波标准
• 1.1.3 无功补偿和谐波抑制的主要方法
• 1.2 有源电力滤波器的现状与发展
• 1.3 本文的主要工作
• 第2章 LC滤波器及其设计原则
• 2.1 LC滤波器的类型
• 2.1.1 单调谐滤波器
• 2.1.2 高通滤波器
• 2.2 LC滤波器的设计
• 2.2.1 单调谐滤波器的设计
• 2.2.2 高通滤波器的设计
• 2.2.3 滤波装置的最后确定
• 2.2.4 LC滤波器的缺点
• 2.3 本章小结
• 第3章 有源电力滤波器的基本原理及系统构成
• 3.1 有源电力滤波器（APF）的分类和阻抗特性
• 3.1.1 有源电力滤波器的分类
• 3.1.2 有源电力滤波器的阻抗特性
• 3.2 有源电力滤波器的基本结构及工作原理
• 3.2.1 并联型有源电力滤波器
• 3.2.2 串联型有源电力滤波器
• 3.2.3 混合型有源电力滤波器
• 3.3 本章小节
• 第4章 谐波与无功电流实时检测方法的研究
• 4.1 分解合成方法
• 4.2 快速傅里叶变换（FFT）检测方法
• 4.3 瞬时无功功率理论及检测方法
• 4.3.1 瞬时无功功率理论
• 4.3.2 谐波、无功电流实时检测方法
• 4.4 本章小结
• 第5章 混合型有源电力滤波器的研究和设计
• 5.1 谐波源负载的无功和谐波分析
• 5.2 并联型混合有源滤波装置的工作原理
• 5.3 有源电力滤波器的设计
• 5.3.1 有源电力滤波器主电路的设计和实现
• 5.3.2 有源电力滤波器控制系统的设计和实现
• 5.4 控制系统的软件设计
• 5.5 本章小结
• 第6章 新型并联混合型有源电力滤波器
• 6.1 新型并联混合型有源电力滤波器的结构
• 6.2 特性分析
• 6.3 仿真分析
• 6.4 本章小结
• 第7章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢