有源电力滤波器改进型谐波检测方法的仿真

４９

４／２００９

有源电力滤波器改进型谐波检测方法的仿真

韩

璐，　陈君诚，刘

芳，许丽云

（山西大学，山西太原

０３００１３）

摘　要：有源电力滤波器是补偿谐波的有效装置，而其最关键的部分就是谐波检测环节，它决定着谐波补偿效果的好坏。对一种改进的ｉｐ－ｉｑ谐波电流检测方法进行了深入研究，并在其检测总谐波电流基础上将其推广到了检测特定整数次谐波电流。此方法省去了传统ｉｐ－ｉｑ变换中两相与三相之间的互相转换，使计算过程大大简化，且不需要锁相环就可以获得同步旋转角，消除了锁相环调试困难、有延时等不足。根据该方法还建立了Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真模型，在检测总谐波电流和检测特定整数次谐波电流两种情况下进行了仿真研究，证明了该方法的正确性。

关键词：ｉｐ－ｉｑ谐波检测法；两相与三相转换；锁相环；谐波检测；特定整数次谐波；仿真中图分类号：ＴＭ７４３；　ＴＭ７６１．＋１

文献标识码：Ａ

文章编号：１６７１－８４１０（２００９）０４－００４９－０５

Simulation on the Improved Harmonic Current Detecting Method of APF

ＨＡＮ　Ｌｕ，ＣＨＥＮ　Ｊｕｎ－ｃｈｅｎｇ，ＬＩＵ　Ｆａｎｇ，ＸＵ　Ｌｉ－ｙｕｎ

(Shanxi University, Taiyuan, Shanxi 030013, China)

Abstract: Active power filter (APF) is an effective equipment of compensating harmonics, the most important part of which is harmonic detecting that determines the effective of harmonic compensation. An improved i p -i q detecting method was researched deeply and extended to detect special integer harmonic current. It simplifiers the computation by omitting the mutual conversion between three-phase and two-phase of traditional i p -i q transform, and eliminates debugging difficulty and time delay by obtaining the synchronous rotary angle without phase lock loop(PLL). Furthermore, the simulation model is established and simulated in both situations of the complex harmonic current detecting and the special integer harmonic current detecting, and the result proves the validity of the method.

Key words: i p -i q harmonic detection; transition between three-phase and two-phase; phase lock loop; harmonic detecting; special integer

harmonic current; simulation

收稿日期：２００９－０４－２０

作者简介：韩璐（１９８４－），女，硕士研究生，研究方向为电力电子在谐波抑制中的应用；

陈君诚（１９４９－），男，教授，主要从事电力系统谐波抑制和无功补偿方面的研究。

电磁污染与电能质量控制

　０引言

采用有源电力滤波器（ＡＰＦ）滤除谐波已经成为了

一个重要的研究方向。而准确地检测出谐波是决定补偿效果的重要环节。目前较好的谐波检测方法还是基于瞬时无功功率理论的一系列检测法，如ｄ－ｑ法、ｉｐ－ｉｑ法和ｐ－ｑ法等，ｉｐ－ｉｑ法的应用较为广泛，但其计算量大，且

存在一定的延时，需要改进［１］。相关文献提出了一种改进型ｉｐ－ｉｑ谐波检测方法［２］，此方法省去了传统ｉｐ－ｉｑ法中两相与三相之间的转换，且无锁相环，计算量大大减少，但是此方法只是针对检测总的谐波电流提出的。对于ＡＰＦ和ＰＰＦ组成的混合型有源电力滤波器，因为传统ｉｐ－ｉｑ谐波电流检测方法会在检测非整数次谐波时使非整数次谐波幅值变大，进而影响ＡＰＦ的直流侧电压稳定，影响装置的整体补偿效果，所以混合型有源电力滤波器采用了特定整数次ｉｐ－ｉｑ谐波电流检测电路［３，４］，这种特殊的谐波电流检测电路在上述改进型ｉｐ－ｉｑ法中却没有涉及到。本文在上述改进型ｉｐ－ｉｑ谐波电流检测法的基础上，将其推广到适合于混合型有源电力滤波器的特定

整数次谐波电流检测方法中，使其用途更加广泛。

１传统的i

p -i

q

谐波电流检测法［１］

传统的ｉ

ｐ－ｉ

ｑ

谐波电流检测法的原理框图如图１所示。

图中ｉ

ａ、ｉ

ｂ

、ｉ

ｃ

为三相三线制电路的各相电流瞬时值；ｅ

ａ

为ａ相电压瞬时值；ｉ

ａｆ、ｉ

ｂｆ

、ｉ

ｃｆ

为基波电流；ｉ

ａｈ

、ｉ

ｂｈ

、ｉ

ｃｈ

为

谐波电流合成值；ＬＰＦ为低通滤波器；信号发生器为正、余弦发生电路；ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ　Ｌｏｃｋ　Ｌｏｏｐ）为锁相环电路。

图１中：

（１）

（２）

、

、

（７）

，

令：

（１２）

定义三相坐标系下瞬时有功、无功电流分别为：

（１６）由式（１４）得到的瞬时有功、无功电流通过低通滤波器ＬＰＦ，可获得其直流分量，

即

（１

７）

，则式（１９）

可写成： （２０）

改进型的特定整数次谐波ｉｐ－ｉｑ检测法原理如图３所示。

４仿真模型的建立

根据以上原理，建立有源电力滤波器的仿真模型

（涉及特定整数次谐波检测时以５次谐波检测为例）。

４．１谐波源模型（负载模型）

谐波源模型采用阻感性三相全控桥式负载，等效

电阻Ｒ＝１００Ω，等效电感Ｌ＝０．０１Ｈ，触发角为６０°，此类模型会吸收电网基波电流而产生大量的５，７，１１，１３次谐波电流污染电网。谐波源模型如图４所示。

４．２谐波检测算法模型

谐波检测算法模型是根据改进型ｉｐ－ｉｑ谐波检测法的原理搭建而成的，其中对特定整数次谐波检测的拓展

是通过改变相应的同步旋转角计算过程而实现的。谐波检测算法模型如图５所示。

４．３产生ＰＷＭ波形的模型

产生ＰＷＭ波形的电路（即电流跟踪控制电路）根据补偿电流的指令信号和实际补偿电流之间的相互关系，产生控制补偿电流发生电路中主电路各个器件通断的ＰＷＭ信号，常用的电路主要有滞环电流控制电路和三角波比较电流控制电路。本文采用滞环电流控制方法产生ＰＷＭ波形，产生ＰＷＭ波形的模型如图６所示。

图３

改进型的特定整数次谐波ｉｐ－ｉｑ检测法算法框图

Ｆｉｇ．３

Ｂｌｏｃｋ　ｄｉａｇｒａｍ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｉｐ－ｉｑ　ｈａｒｍｏｎｉｃ　ｄｅｔｅｃｔｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｆｏｒ　ｓｐｅｃｉａｌ　ｉｎｔｅｇｅｒ　ｈａｒｍｏｎｉｃ　ｃｕｒｒｅｎｔ

图４

谐波源模型

Ｆｉｇ．４

Ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ｈａｒｍｏｎｉｃ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｓｏｕｒｃｅ

图５

谐波检测算法模型

Ｆｉｇ．５

Ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｈａｒｍｏｎｉｃ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ

５仿真结果

本文在以下条件下进行仿真：系统电源电压对称，

且有效值

Ｕ

＝２２０

Ｖ；负载为阻感性三相全控桥式负载，

等效电阻

Ｒ＝１００Ω，

等效电感

Ｌ

＝０．０１

Ｈ，

触发角为６０°；

电网电阻ｒ

　＝０．０１

Ω，

电网电感ｌ

＝０．１

ｍＨ

；直流侧电压

Ｖ

ｄｃ

＝７００

Ｖ；

直流侧电容Ｃ

＝１００００μＦ　

；

滞环宽度Ｈ＝０．０１Ａ；ＰＷＭ开关频率ｆｓ＝１０ｋＨｚ；检测总谐波电流时交流侧电感Ｌｓ＝０．０１６２Ｈ，检测特定整数次谐波电流时（以５次谐波为例）交流侧电感Ｌｓ＝０．０３９８Ｈ。５．１检测除基波以外的总谐波电流情况下的仿真

图７示出用改进型谐波检测算法检测总谐波电流时，补偿前ａ相电源电流ｉａ的波形及其谐波含量，补偿时ａ相指令基波电流ｉ１、ａ相指令谐波电流ｉ２和补偿后ａ相电源电流ｉ′ａ的波形。

图６

产生ＰＷＭ波形的模型

Ｆｉｇ．６

Ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＰＷＭ　ｗａｖｅ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ

（ａ）补偿前ａ相电源电流ｉａ及其谐波含量

（ａ）Ｐｈａｓｅ　ａ　ｓｏｕｒｃｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｉａ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｈａｒｍｏｎｉｃ

ｃｏｎｔｅｎｔ　ｂｅｆｏｒｅ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ

（ｂ）检测电路得到的ａ相指令基波电流ｉ１

（ｂ）Ｄｅｔｅｃｔｅｄ　ｐｈａｓｅ　ａ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｄ　ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｉ１

（ｃ）检测电路得到的ａ相指令谐波电流ｉ２

（ｃ）Ｄｅｔｅｃｔｅｄ　ｐｈａｓｅ　ａ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｄ　ｈａｒｍｏｎｉｃ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｉ２

（ｄ）补偿后ａ相电源电流波形ｉ′ａ

及其谐波含量（ｄ）　Ｐｈａｓｅ　ａ　ｓｏｕｒｃｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｉ′ａ

　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｈａｒｍｏｎｉｃｃｏｎｔｅｎｔ　ａｆｔｅｒ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ

图７改进型谐波检测电路滤除总谐波情况下补偿前

ａ相电源电流ｉａ、补偿时ａ相指令基波电流ｉ１、补偿

时ａ相指令谐波电流ｉ２和补偿后ａ相电源电流ｉ′ａ

的波形Ｆｉｇ．７

Ｗａｖｅｆｏｒｍｓ　ｏｆ　ｐｈａｓｅ　ａ　ｓｏｕｒｃｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｉａ　ｂｅｆｏｒｅ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ，

ｐｈａｓｅ　ａ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｄ　ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｉ１，　ｐｈａｓｅ　ａ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｄｈａｒｍｏｎｉｃ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｉ２　ｗｈｅｎ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇ　ａｎｄ　ｐｈａｓｅ　ａ　ｓｏｕｒｃｅ　ｃｕｒｒｅｎｔｉ′ａ

　ａｆｔｅｒ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｃａｓｅ　ｏｆ　ｅｌｉｍｉｎａｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｌｅｘｈａｒｍｏｎｉｃ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｂｙ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｈａｍｏｎｉｃ　ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ　ｃｉｒｃｕｉｔ

５．２检测特定次数谐波情况下的仿真（仿真时以检测５次谐波为例）

图８示出，用改进型谐波检测算法检测特定次数谐波电流时，补偿前ａ相电源电流ｉ

３

、补偿时ａ相５次

指令谐波电流ｉ

４和只补偿５次谐波时ａ相电源电流ｉ

５

波形。

５．３改进型谐波检测方法与传统谐波检测方法的对比图９为在电源电压对称条件下，利用改进型谐波检

测方法和传统谐波检测方法测得的指令基波电流ｉ

６和ｉ

７

的波形。

由图９中的仿真波形可以看出，采用传统的ｉ

ｐ

－ｉ

ｑ

变

换法和改进型的检测方法都有较好的检测精度，但改进

型检测方法的响应速度要快一些，更适合于当今实时

检测和补偿谐波的要求。

６结语

从仿真结果可以看出，改进型谐波电流检测方法

可以实时地补偿总谐波电流，而且还适用于检测特定

次数谐波电流，具有一定的推广性。它省去了两相与三

相之间的互相转换，运算量大大减少，并且三相之间谐

波检测相互独立，数据不交叉，在计算机处理上可以实

现并行运算，大大提高了运算效率。

参考文献：

［１］王兆安，杨君，刘进军，等．谐波抑制和无功功率补偿［Ｍ］．

北京：机械工业出版社，２００６．

［２］荣飞，罗安，范卿．一种新的谐波电流检测方法［Ｊ］．高

电压技术，２００８，３４（１）：１３８－１４１．

［３］赵伟，罗安，盘宏斌，等．非整数次谐波对混合型有源滤

波器性能影响及解决方法［Ｊ］．中国电机工程学报，２００８，２８（１２）：

７３－７８．

［３］ＣＨＡＮＧ　Ｇ　Ｗ．　Ａ　ｎｅｗ　ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇ

ｃｕｒｒｅｎｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅ　ｓｈｕｎｔ　ａｃｔｉｖｅ　ｐｏｗｅｒ　ｆｉｌｔｅｒ　［Ｊ］．　ＩＥＥＥ

Ｐｏｗｅｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｒｅｖｉｅｗ，２００１，２１（３）：６３－６５．

［４］张超，杨耕，杜继宏．有源电力滤波器任意次谐波电流检

测的新算法［Ｊ］．电机与控制学报，２００２，６（３）：２５２－２５５．（ａ）补偿前ａ相电源电流ｉ

３

（ａ）　Ｐｈａｓｅ　ａ　ｓｏｕｒｃｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｉ

３

　ｂｅｆｏｒｅ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ

　（ｂ）　检测电路得到的ａ相指令５次谐波电流波形ｉ

４

（ｂ）　Ｄｅｔｅｃｔｅｄ　ｐｈａｓｅ　ａ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｄ　５ｔｈ　ｈａｒｍｏｎｉｃ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｉ

４

（ｃ）只补偿５次谐波时ａ相电源电流波形ｉ

５

（ｃ）　Ｐｈａｓｅ　ａ　ｓｏｕｒｃｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｉ

５

　ｗｈｅｎ　ｏｎｌｙ　５ｔｈ　ｈａｒｍｏｎｉｃ

　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ

图８改进型谐波检测电路检测５次谐波情况下补偿

前ａ相电源电流ｉ

３、补偿时ａ相５次指令谐波电流ｉ

４

和只补偿５次谐波时ａ相电源电流ｉ

５

的波形

Ｆｉｇ．８Ｗａｖｅｆｏｒｍｓ　ｏｆ　ｐｈａｓｅ　ａ　ｓｏｕｒｃｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｉ

３

　ｂｅｆｏｒｅ

ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ，　ｐｈａｓｅ　ａ　５ｔｈ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｄ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｉ

４

　ｗｈｅｎ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔ－

ｉｎｇ　ａｎｄ　ｐｈａｓｅ　ａ　ｓｏｕｒｃｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｉ

５

　ｗｈｅｎ　ｏｎｌｙ　５ｔｈ　ｈａｒｍｏｎｉｃ　ｃｕｒｒｅｎｔｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｃａｓｅ　ｏｆ　ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ　ｔｈｅ　５ｔｈ　ｈａｒｍｏｎｉｃ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｂｙｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｈａｒｍｏｎｉｃ　ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ　ｃｉｒｃｕｉｔ

（ａ）改进型谐波检测方法测得的指令基波电流波形ｉ

６

（ａ）Ｄｅｔｅｃｔｅｄ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｄ　ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｉ

６

　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ

ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ

（ｂ）传统谐波检测方法测得的指令基波电流波形ｉ

７

（ｂ）Ｄｅｔｅｃｔｅｄ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｄ　ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｉ

７

　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ

ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｉ

ｐ

－ｉ

ｑ

　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ

图９电源电压对称时的指令基波电流波形图

Ｆｉｇ．９Ｗａｖｅｆｏｒｍｓ　ｏｆ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｄ　ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｗｈｅｎ　ｓｏｕｒｃｅ

ｖｏｌｔａｇｅ　ｉｓ　ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ

电力有源滤波器的设计

工学院毕业设计（论文） 题目：电力有源滤波器的设计 专业：电气工程及其自动化 班级：电气082 姓名：邓大伟 学号： 1609080203 指导教师：国海 日期： 2011年12月22日

目录 摘要： (1) 1 绪论 (2) 1.1概述 (2) 1.2抑制谐波的方法 (2) 1.3本文研究的内容 (3) 2 APF的工作原理和结构 (4) 2.1APF的基本原理和种类 (4) 2.2APF的谐波检测方法 (5) 2.3APF的补偿电流控制方法 (6) 3 有源电力滤波器谐波检测及控制策略 (8) 3.1瞬时无功功率理论简介及其应用 (8) 3.2SVPWM调制策略 (10) 4 控制系统的总体设计方案 (14) 4.1系统初始化程序的设计 (14) 4.2中断子程序设计 (14) 4.3I P-I Q法补偿谐波和无功电流的原理框图 (15) 5 电力有源滤波器的仿真实现 (17) 5.1源电力滤波器仿真模型的建立 (17) 5.2结果仿真 (21) 总结与展望 (25) 致谢 (26) 参考文献 (27) ABSTRACT: (28)

电力有源滤波器的设计 摘要：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。 关键词：电力有源滤波器;谐波检测 ;APF

简单低通滤波器设计及matlab仿真

东北大学 研究生考试试卷 考试科目： 课程编号： 阅卷人: 考试日期： 姓名：xl 学号： 注意事项 1.考前研究生将上述项目填写清楚. 2.字迹要清楚,保持卷面清洁. 3.交卷时请将本试卷和题签一起上交. 4.课程考试后二周内授课教师完成评卷工作,公共课成绩单与试卷交研究生院培养办公室, 专业课成绩单与试卷交各学院,各学院把成绩单交研究生院培养办公室. 东北大学研究生院培养办公室

数字滤波器设计 技术指标： 通带最大衰减： =3dB ， 通带边界频率： ＝100Hz 阻带最小衰减： ＝20dB 阻带边界频率： ＝200Hz 采样频率：Fs=200Hz 目标： 1、根据性能指标设计一个巴特沃斯低通模拟滤波器。 2、通过双线性变换将该模拟滤波器转变为数字滤波器。 原理： 一、模拟滤波器设计 每一个滤波器的频率范围将直接取决于应用目的，因此必然是千差万别。为了使设计规范化，需要将滤波器的频率参数作归一化处理。设所给的实际频 率为Ω（或f ），归一化后的频率为λ，对低通模拟滤波器令λ＝p ΩΩ/，则1 =p λ， p s s ΩΩ=/λ。令归一化复数变量为p ，λj p =，则p p s j j p Ω=ΩΩ==//λ。所以巴 特沃思模拟低通滤波器的设计可按以下三个步骤来进行。 (1)将实际频率Ω规一化 (2)求Ωc 和N 11010/2-=P C α s p s N λααlg 1 10 110lg 10 /10/--= 这样Ωc 和N 可求。 p x fp s x s f

根据滤波器设计要求＝3dB ，则C ＝1，这样巴特沃思滤波器的设计就只剩一个参数N ，这时 N p N j G 222 )/(11 11)(ΩΩ+= += λλ (3)确定)(s G 因为λj p =，根据上面公式有 N N N p j p p G p G 22)1(11 )/(11)()(-+= += - 由 0)1(12=-+N N p 解得 )221 2exp(πN N k j p k -+=，k ＝1，2， (2) 这样可得 1 )21 2cos(21 ) )((1 )(21+-+-= --= -+πN N k p p p p p p p G k N k k 求得)(p G 后，用p s Ω/代替变量p ，即得实际需要得)(s G 。 二、双线性变换法 双线性变换法是将s 平面压缩变换到某一中介1s 平面的一条横带里，再通过标准变换关系)*1exp(T s z =将此带变换到整个z 平面上去，这样就使s 平面与z 平面之间建立一一对应的单值关系，消除了多值变换性。 为了将s 平面的Ωj 轴压缩到1s 平面的1Ωj 轴上的pi -到pi 一段上，可以通过以下的正切变换来实现： )21 tan(21T T Ω= Ω 这样当1Ω由T pi -经0变化到T pi 时，Ω由∞-经过0变化到∞+，也映射到了整个Ωj 轴。将这个关系延拓到整个s 平面和1s 平面，则可以得到

基于MATLAB的有源滤波器的设计与仿真

基于MATLAB的有源滤波器的设计与仿真 对并联型有源电力滤波器的控制方法进行研究，应用MATLAB软件建立了仿真模型，利用SimPower工具箱谐波电流检测方法进行建模和仿真。在simulink 环境下，对提出的定时比较控制方法和并联型APF抑制谐波效果进行了仿真实验。 标签：MATLAB；有源电力滤波器；仿真 近年来，电力电子技术发展的越来越快，其发展的重大障碍是电力电子装置的谐波污染问题。目前在主要采用被动型谐波抑制方案来抑制谐波，本文对并联型有源电力滤波器进行研究，应用MATLAB软件建立了仿真模型。 1 有源电力滤波器(APF) 有源电力滤波器一般可分为：并联型APF、串联型APF和串并联混合型APF,其一般由检测回路，控制回路和主电路构成，理论上讲，有源滤波器可以对任意谐波电流进行补偿，并联有源滤波器其与系统相并联，可等效为一受控电流源，通过适当控制APF可产生与负载谐波大小相等、方向相反的谐波电流，从而将电源侧电流补偿为正弦波[1]。 2 并联有源滤波器 2.1 谐波电流检测原理及仿真模型设立 谐波电流检测利用ip、iq运算方式，该方法用一锁相环和一正、余弦发生电路得到与电源电压同相位的正弦信号sin wt和对应的余弦信号-cos wt，这两个信号与ia、ib、ic一起计算出有功分量电流ip和iq无功分量电流，经低通滤波器LPF滤波得出ip、iq的直流分量ip、iq对应于三相电流中的基波正序分量，再经过2/3 变换，得到三相电流基波正序分量[2]。 负载电流发生模块source，三项/两项变换模块C32，运算模块C，两项/三项变换模块C23以及低通滤波器构成了其主要的仿真模型[3]，其中各模块所需元件可在simulink模块库中找到，比如交流电源，电压、电流测量模块，RLC 串联电路，电感元件，三相桥式整流器。 图1 ip、iq运算方式检测谐波电流的整体仿真模型 2.2 三项并联型有源电力滤波器仿真

有源电力滤波器设计

1 引言 近年来，公用电网受到谐波电流和谐波电压的严重污染，而电力电子装置是其主要的谐波污染源。随着电力电子装置的日益广泛应用，电网中的谐波污染也日益严重，谐波污染影响到供电质量和用户使用的安全性，因此电网谐波污染的治理越来越受到关注。 滤波器在本质上是一种频率选择电路，通常用幅频响应和相位响应来表征一个滤波电路的特性。理想滤波电路在通带内应具有零衰减的幅频响应和线性的相位响应，而在阻带内应具有无限大的幅度衰减。按照通带和阻带的相互位置不同，滤波器可分为低通、高通、带通、带阻、全通5类。有源滤波器采用有源器件需要使用电源，加上功耗较大且集成运放的带宽有限，因此目前有源滤波电路的工作频率难以做得很高，一般不能用于高频场合。但总的来讲有源滤波器在低频(低于1MHz)场合中使用有较无源滤波器更优的性能，因而目前在音频处理、工业测控等领域广泛应用。有源电力滤波器是一种用于动态抑制谐波、补偿无功功率的新型电力电子装置，能对大小和频率都变化的谐波及无功功率进行补偿。和传统的无源滤波器相比，有以下几点突出的优点： (1)对各次谐波和分数谐波均能有效地抑制，且可提高功率因数； (2)系统阻抗和频率发生波动时，不会影响补偿效果。并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； (3)不会产生谐振现象，且能抑制由于外电路的谐振产生的谐波电流的变化； (4)用一台装置就可以实现对各次谐波和基波无功功率的补偿； (5)不存在过载问题，即当系统中谐波较大时，装置仍可运行，无需断开。 由以上可看出，它克服了传统的无源滤波器的缺点，具有良好的调节性能，因而有很大的发展前途。

有源电力滤波器的应用及效果.

有源电力滤波器的应用 所在学院：信息科学与工程学院 专业班级： 学生姓名： 学生学号： 指导教师：

有源电力滤波器的应用 上学期我们学习了《电力电子技术》这门课，通过这门课的学习我了解到：以非线性负载为主产生的谐波会对电力系统形成很大的危害，而传统的电力电子装置本身就是产生谐波的主要污染源。要想抑制电力电子装置和其它谐波源造成的电力系统谐波，基本思路有两条：一是装设补偿装置，设法补偿其产生的谐波；而是对电力电子装置本身进行改进，使其不产生谐波，同时也不消耗无功功率，或者根据需要能对其功率因数进行控制，即采用高功率因数变流器。 装设LC 调谐滤波器是传统的补偿谐波的主要手段。LC 调谐滤波器虽然存在很多缺陷，但其结构简单，既可补偿谐波，又可补偿无功，一直被广泛应用与电力系统中谐波和无功功率补偿。目前的趋势是采用先进的电力电子装置进行谐波补偿，这就是有源电力滤波器（APF ）。与LC 无源滤波器相比，有源滤波器具有明显的优越性能，能对变化的谐波进行迅速的动态跟踪补偿，而且补偿特性不受电网频率和阻抗的影响。有源电力滤波器的变流电路可以分为电压型和电流型。从与补偿对象的连接方式看，有源电力滤波器又可分为并联型和串联型。电压型和并联型在实际中应用较广。 本学期做了一个谐波的产生和抑制的实验，其中谐波是由三相桥式整流电路这一非线性负载产生的，在实验中采用了两种抑制谐波的方法，一种是并联无功补偿电容器和LC 滤波器，另一种是并联一个有源电力滤波器。目标是经过这两次滤波，使谐波电流的畸变率降到5%左右。 有源电力滤波器基本原理如下图1所示。设负载电流为l i ，谐波检测器从负载电流中检测出谐波电流h i ，令指令电流*c h i i =-，补偿电流控制算法控制逆变 器产生补偿电流*c c i i =，注入母线，抵消负载电流中的谐波，达到抑制谐波电流流向电源的目的。系统由四个主要部分组成有源滤波主电路、外围驱动板、谐波检测器 、DSP 器件。

有源电力滤波器品牌排行

有源电力滤波器(APF)品牌排行 当前，市场上生产有源电力滤波器的厂家很多，各个品牌参差不齐，且国家标准未正式出台，所以只能挑选出一些市场上一些主流的APF品牌，从质量、稳定性各方面介绍一下当前市场上主流有源电力滤波器品牌的市场情况： 合资主流品牌：霍尼韦尔、GE、诺基亚、ABB、施耐德、 传统的电气行业的几大合资品牌从稳定性、可靠性来说都依然是值得可靠信赖，但是技术参数比得上国内品牌，国内品牌因为竞争的缘故一味追求性能参数，产品稳定性大打折扣，合资品牌的价格都相对较高，一般市场标价达2000~4000元/A。传统的合资品牌西门子貌似还没有APF。 国产一线品牌：南京亚派麦克斯韦电气深圳盛弘上海思源赛博电气深圳英纳仕追日电气........数百家品牌 估计国内生产APF的厂家有上百家，以上品牌都是最近2年广告比较多的品牌，推广力度比较大而已。但是参差不齐。国产品牌的通病就是质量不稳定，国产品牌没有7年以上的应用案例，价格也不一定便宜，国产品牌的价格一般是合资的50%~100%。有源电力滤波器的核心器件比如IGBT、电容器、CPU等国内电子元件技术都不稳定，所以国内生产APF 的厂家大多依靠进口国外品牌的核心元器件，然后再在国内组装，所以成本总体也不低，主要是人工成本较低。另外国产有源电力滤波器的通病就是并联技术，IGBT并联技术还不过关。但是未来的趋势肯定是核心器件国产化后，国内APF厂家的价格也许才会真正降到很低。 另外，有源电力滤波器出来10年左右，市场上有部分打着国外欧美公司品牌(如意大利、美国)的旗号，游龙混杂，有些品牌名字看着大气，实际上是国内生产的，满足国内市场扬眉崇外的心理，所以要注意辨别。

APF有源电力滤波器

有源电力滤波器 有源电力滤波器（APF：Active power filter）是一种用于动态抑制谐波、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，之所以称为有源，是相对于无源LC滤波器，只能被动吸收固定频率与大小的谐波而言，APF可以通过采样负载电流并进行各次谐波和无功的分离，控制并主动输出电流的大小、频率和相位，并且快速响应，抵销负载中相应电流，实现了动态跟踪补偿，而且可以既补谐波又补无功和不平衡。

1、概述 2、理论基础 3、工作原理 4、标准 5、三电平 ?技术优势 ?滤波器 ?基本应用 ?主要应用场合 ?其他 ?优势 6、性能说明 7、配件选型 1、概述 三相电路瞬时无功功率理论是APF发展的主要APF；APF有并联型和串联型两种，前者用的多；并联有源滤波器主要是治理电流谐波，串联有源滤波器主要是治理电压谐波等引起的问题。 2、理论基础 有源滤波器同无源滤波器比较，治理效果好，主要可以同时滤除多次及高次谐波，不会引起谐振，但是价位相对高！实际应用安全系数很低，国际普遍做法是以变压器升压，来保证可靠性，国家相关部

门也要求以变压器升压的形式和有源滤波器结合，治理高压谐波！ 3、工作原理 Satons有源电力滤波器通过电流互感器检测负载电流，并通过内部DSP计算，提取出负载电流中的 谐波成分，然后通过PWM信号发送给内部IGBT,控制逆变器产生一个和负载谐波电流大小相等，方向相反的谐波电流注入到电网中，达到滤波的目的。 指令电流检测电路的功能主要是从负载电流中分离出谐波电流分量和基波无功电流，然后将其反极性作用后发生补偿电流的指令信号。电流跟踪控制电路的功能是根据主电路产生的补偿电流，计算出主电路各开关器件的触发脉冲，此脉冲经驱动电路后作用于主电路。 这样电源电流中只含有基波的有功分量，从而达到消除谐波与进行无功补偿的目的。根据同样的原理，电力有源滤波器还能对不对称三相电路的负序电流分量进行补偿。 有源电力滤波器的主电路一般由PWM逆变器构成。根据逆变器直流侧储能元件的不同，可分为电压型有源滤波器(储能元件为电容)和电流型有源滤波器(储能元件为电感)。电压型有源滤波器在工作时需对直流侧电容电压控制，使直流侧电压维持不变，因而逆变器交流

微带低通滤波器的设计与仿真

微带低通滤波器的设计与仿真 分类： 电路设计 嘿嘿，学完微波技术与天线，老师要求我们设计一个微带元器件，可以代替实验室里的元器件，小弟不才，只设计了一个低通滤波 器。现把它放到网上，以供大家参考。 带低通滤波器的设计 一、题目 第三题：低通滤波器的设计 f < 800MHz ；通带插入损耗 ；带外 100MHz 损耗 ；特性阻抗 Z0=50 Ohm 。 二、设计过程 1、参数确定：设计一个微带低通滤波器，其技术参数为 f < 800MHz ;通带插入损耗；带外100MHz 损耗；特性阻抗Z0=50 Ohm 。 介质材料：介电常数 ￡r = 2.65，板厚 1mm 。 2、设计方法：用高、底阻抗线实现滤波器的设计，高阻抗线可以等效为串联电感，低阻抗线可以等效为并联电容，计算各阻抗线的 宽度及长度，确保各段长度均小于 X /8(入为带内波长)。 3、设计过程： (1)确定原型滤波器：选择切比雪夫滤波器， ?s = fs/fc = 1.82 , ?s -1 = 0.82及Lr = 0.2dB , Ls >= 30，查表得N=5,原型滤波器的归 一化元件参数值如下： g1 = g5 = 1 .3394， g2 = g4 = 1.3370，g3 = 2.1660，gL= 1 .0000。 该滤波器的电路图如图 1 所示： O H 技术参数： 仿真软件： HFSS 、 ADS 或 IE3D 介质材料： 介电常数 ￡ r = 2.65板厚1mm

(2)计算各元件的真实值：终端特性阻抗为Z0=50?，则有 C1 = C5 =g1/(2*pi*f0*Z0) = 1.3394/(2*3.1416*8*10^8*50) = 5.3293pF , C3 = g3/(2*pi*f0*Z0) = 2.1660/(2*3.1416*8*10^8*50)= 8.6182pF , L2 = L4 = Z0*g2/(2* pi*f0) = 50*1.3370/(2*3.1416*8*10^8) = 13.2994nH。 (3)计算微带低通滤波器的实际尺寸: 设低阻抗(电容)为Z0I = 15?。 经过计算可得W/d = 12.3656, ￡ e = 2.443,贝U 微带宽度W1 = W3 = W5 = W = 1.000*12.3656 = 12.3656mm , 各段长度I1 = I5 = Z0I*V pl *C1 = 15* 3*10A11/sqrt(2.4437)*5.3293*10A-12 =15.3412mm， I3 = Z0I*V pl*C3 = 15* 3*10A11/sqrt(2.4437)*8.6182*10A-12 =24.8088mm， 可知各段均小于入/8符合要求。 设高阻抗(电感)为Z0h = 95? 。 经过计算可得W/d =0.85，￡ e = 2.0402则 微带宽度W2 = W4 = W =1.0000*0.85 =0.85mm ， 各段长度l2 = l4 = Vph*L2/Z0h = 29.4031mm ， 带内波长入=Vpl/f = 3*10^11/(sqrt(2.0402)*8*10^8) = 262.5396mm,入/8 = 32.8175mm 可知各段均小于入/8符合要求。

有源滤波器设计实例

有源滤波器设计任务书 一、设计目的 1. 熟悉二阶有源滤波电路幅频特性和相频特性。 2. 掌握二阶有源滤波电路的快速设计方法。 3. 掌握二阶有源滤波电路的调试及其幅频特性和相频特性的测试方法。 二、使用仪器与器材 信号发生器；双线示波器；万用表；直流稳压源；实验电路板；元器件若干。 三、设计任务 图中所示为无限增益多路反馈电路的一般形式,请选择适当类型无源元件Y1～Y5,以构成低通滤波器和高通滤波器 1. 请设计一个二阶1dB无限增益多路反馈切比雪夫低通滤波器，通带增益Kp=2，截止频率fc=5kHz，画出电路图。 2. 请设计一个二阶1dB无限增益多路反馈切比雪夫高通滤波器，通带增益Kp=2 截止频率fc=2kHz，画出电路图。 ● 以上工作请在实验课前完成。写在实验报告中。 四、设计步骤 1. 按设计所确定的电路参数，在实验接插板上放入器件，连接低通滤波器（注意连接可靠，正确） 2．将信号发生器的输出信号电压幅值调到1V，接入低通滤波器的输入端，并调整信号源的频率，在低通滤波器输出端测量所对应的幅值。（可用示波器或交流毫伏表测试，并计录输入频率值和所对应的输出幅值，测量10～12 点。） 3．用示波器李沙育图形测试低通滤波器的相频特性，测量10～12 点。 4．进行高通滤波器的电路连接及幅频特性和相频特性测试。测试方法同上。

五、设计报告要求与思考题 1. 复习并掌握滤波器的工作原理，设计方法及应注意问题。 2. 画出所设计的低通滤波器、高通滤波器的电路图。并注明元件参数。 3. 画出幅频特性与相频特性测试原理图，说明测试方法与步骤。 4. 以表格形式分别给出低通滤波器与高通滤波器的幅频特性与相频特性测试数据，并画出其特性曲线。 5. 如果将低通滤波器与高通滤波器相串联，得到什么类型的滤波器，其通带与通带增益各为多少？画出其特性曲线。也可在实验中予以观测和证实。 6. 为构成所得类型的滤波器，对低通滤波器与高通滤波器的特性有无特 定要求。二者哪个在前有无关系？ 附录： 1．几种滤波器原理图、幅频特性

并联型有源电力滤波器的Matlab仿真

并联型有源电力滤波器的Matlab仿真 摘要：并联混合型有源电力滤波器能够很好地实现谐波抑制和无功补偿。给出了有源电力滤波器系统结构，建立了数学模型， 还给出了主电路直流侧电容电压值和交流侧电感值的选取方法，利用Matlab＼simulink＼PsB构建了仿真模型，得到了仿真结果。 关键词：有源电力滤波器；直流侧电容电压；交流测电感：Matlab／simulink Abstract ：Shunt hybrid active power filter can commendably achieve hannonic suppression and reactive power compensation．In this paper,it shows the APF’s architecture and sets up amathematical model．And the way ofchoosing the value ofthe main circuit’s voltage ripple of DC side capacitor and the AC side inductance is proposed．MA TLAB＼Simulink＼PSB is used to build simulation model and then get the simulation results． Key words：APF；V oltage of DC side capacitor；AC side inductance；Matlab／Simulink 引言： 在谐波含量较高的配电网中，对无功功率补偿有着严格的要求。目前电力系统中无功补偿大都是采用机械开关控制的电容器投切，谐波补偿大多采用无源滤波装置，负序治理的工作尚未大范围开展。另外，无功补偿、负序电流补偿、谐波抑制是分别单独地进行的。由于不是按统一的数学模型综合地进行治理，常出现顾此失彼的情况，且响应速度慢、经济性差、安装维护工作量大，妨碍了电网污染治理工作的顺利进行。 1.有源滤波器的发展历史 有源滤波器的思想最早出现于1969年B.M.Bird和J.F.Marsh的论文中。文中描述了通过向交流电源注入三次谐波电流以减少电源中的谐波，改善电源电流波形的新方法。文中所述的方法认为是有源滤波器思想的诞生。1971年日本的H.Sasaki和T.Machida完整描述了有源电力滤波器的基本原理。1976年美国西屋电气公司的L.Gyugyi和E.C.Strycula提出了采用脉冲宽度调制控制的有源电力滤波器，确定了主电路的基本拓扑结构和控制方法，从原理上阐明了有源电力滤波器是一理想的谐波电流发生器，并讨论了实现方法和相应的控制原理，奠定了有源电力滤波器的基础。然而，在20世纪70年代由于缺少大功率可关断器件，有源电力滤波器除了少数的实验室研究外，几乎没有任何进展。进入20世纪80年代以来，新型半导体器件的出现，PWM技术的发展，尤其是1983年日本的H.Akagi等人提出了“三相电路瞬时无功功率理论”，以该理论为基础的谐波和无功电流检测方法在三相有源电力滤波器中得到了成功的应用，极大促进了有源电力滤波器的发展。 与无源滤波器相比，有源滤波器是一种主动型的补偿装置，具有较好的动态性能。有源电力滤波器是近年来电力电子领域的热门话题。目前，有源滤波技术已在日本、美国等少数工业发达国家得到应用，有工业装置投入运行，其装置容量最高可达60MV.A；国内对有源电力滤波器的研究尚处于起步阶段。 2、APF的基本工作原理 有源电力滤波器是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置。它能对大小

有源电力滤波器的要求及应用

有源电力滤波器通过电流互感器检测负载电流，并通过内部DSP计算，提取出负载电流中的谐波成分，然后通过PWM信号发送给内部IGBT，控制逆变器产生一个和负载谐波电流大小相等，方向相反的谐波电流注入到电网中，达到滤波的目的。 有源电力滤波器是现代化工业的主要副产品之一，随着工业现代化程度提高，谐波的问题日益严重。这主要是现代化工业的用电方式发生了巨大的变化。传统工业的主要电力负荷是电动机和电阻加热设备，这些设备是线性负载，不会产生谐波电流。而现代化工业的主要电力负荷是电流变换器，包括变频器、中频炉、直流电机驱动器等，这些负荷都是非线性负载，工作时产生严重的谐波。 另一方面，大部分配电系统，包括变压器、开关柜、继电保护器、无功补偿柜等，都是按照线性负荷设计的。当实际负荷为非线性负荷时，对配电系统造成严重的危害，轻则导致系统过热、不稳定，重则损坏配电设备。 解决这个问题的最好方法就是在非线性设备的电源输入端安装有源电力滤波器，将非线性负荷转变为线性负荷，谐波导致的各种问题便迎刃而解。这种安装在设备的电源输入端的谐波滤波器就是设备级谐波滤波器。 有源电力滤波器的特殊要求 设备级有源电力滤波器与母线级谐波滤波器有不同的要求。设备级有源电力滤波器与所配的设备一同构成一个完整的系统，谐波滤波器的作用是保证这个系统的谐波电流发射满足特定的标准，例如，GB17625标准。因此，设备级有源电力滤波器要满足一下四个方面的要求： 1）不与系统发生不良作用：配装了谐波滤波器的设备可能在任何系统中使用，而任何情况下都不允许与系统之间发生不良的相互作用，例如与系统发生谐振，放大谐波电流。 2）不会导致超前的功率因数：设备配装了滤波器，功率因数要达到0.98以上，不允许出现过大的感性无功功率和容性无功功率； 3）滤波效果确定：滤波器与特定设备组合起来后，谐波电流发射必须是确定的，与系统的参数无关，这样才能确保设备安装了滤波器后，满足特定的要求；

二阶有源带通滤波器设计计算

二阶有源带通滤波器设计计算 滤波器是一种只传输指定频段信号，抑制其它频段信号的电路。 滤波器分为无源滤波器与有源滤波器两种： ①无源滤波器: 由电感L、电容C及电阻R等无源元件组成 ②有源滤波器: 一般由集成运放与RC网络构成，它具有体积小、性能稳定等优点，同时，由于集成运放的增益和输入阻抗都很高，输出阻抗很低，故有源滤波器还兼有放大与缓冲作用。 利用有源滤波器可以突出有用频率的信号，衰减无用频率的信号，抑制干扰和噪声，以达到提高信噪比或选频的目的，因而有源滤波器被广泛应用于通信、测量及控制技术中的小信号处理。 从功能来上有源滤波器分为： 低通滤波器（LPF）、高通滤波器（HPF）、 带通滤波器（BPF）、带阻滤波器（BEF）、 全通滤波器（APF）。 其中前四种滤波器间互有联系，LPF与HPF间互为对偶关系。当LPF的通带截止频率高于HPF的通带截止频率时，将LPF与HPF相串联，就构成了BPF，而LPF与HPF并联，就构成BEF。在实用电子电路中，还可能同时采用几种不同型式的滤波电路。滤波电路的主要性能指标有通带电压放大倍数AVP、通带截止频率fP及阻尼系数Q等。 带通滤波器（BPF） （a）电路图(b)幅频特性 图1 压控电压源二阶带通滤波器 工作原理：这种滤波器的作用是只允许在某一个通频带范围内的信号通过，而比通频带下限频率低和比上限频率高的信号均加以衰减或抑制。典型的带通滤波器可以从二阶低通滤波器中将其中一级改成高通而成。如图1（a）所示。 电路性能参数 通带增益 中心频率

通带宽度 选择性 此电路的优点是改变Rf和R4的比例就可改变频宽而不影响中心频率。例．要求设计一个有源二阶带通滤波器，指标要求为： 通带中心频率 通带中心频率处的电压放大倍数： 带宽： 设计步骤： 1）选用图2电路。 2）该电路的传输函数： 品质因数： 通带的中心角频率： 通带中心角频率处的电压放大倍数： 取，则：

三相有源电力滤波器的matlab仿真电路要点

能力拓展训练任务书 学生姓名：专业班级：电气 指导教师：胡红明工作单位：自动化学院 题目: 三相有源电力滤波器的仿真电路 初始条件： VS1-VS3为标准三相正旋电压源，相电压有效值为220V。 要求完成的主要任务: （1）设计出主电路拓扑结构和控制系统原理图； （2）采用MATLAB搭建系统仿真电路，对仿真结果进行分析： a补偿后输入电压与输入电流波形 b非线性负载输入电压与输入电 流波形 c三相APF输入电压与输入电流波形 时间安排： 2012年7月9日至2012年7月13日，历时一周，具体进度安排见 下表 具体时间设计内容 7.9 指导老师就课程设计内容、设计要求、进度安排、评分标准等做具体介 绍；学生确定选题，明确设计要求 7.10 开始查阅资料，完成方案的初步设计 7.11 由指导老师审核系统结构图，学生修改、完善 7.12 撰写课程设计说明书 7.13 上交课程设计说明书，并进行答辩 参考文献： [1]洪乃刚.《电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真》. 北京：机械工业出版社，2006 指导教师签名：年月日

目录 摘要 (1) 1 有源滤波器介绍 (2) 1.1有源滤波器基本原理 (2) 1.2有源滤波器的优点 (2) 1.3有源电力滤波器的分类 (3) 1.4有源滤波器的关键技术 (4) 2有源电力滤波器的控制策略 (4) 2.1滞环比较控制 (4) 2.2三角波比较方式 (5) 3有源电力滤波器的主电路设计 (6) 3.1直流侧电容量的选择 (6) 3.2直流侧电压的选择 (8) 4 MATLAB仿真 (11) 4.1仿真模型图 (11) 4.2仿真结果图 (12) 参考资料 (15)

有源电力滤波器的基本原理和分类

有源电力滤波器的基本原理和分类 1．有源电力滤波器的基本原理 有源电力滤波器系统主要由两大部分组成，即指令电流检测电路和补偿电流发生电路。 图1 有源滤波器示意图 指令电流检测电路的功能主要是从负载电流中分离出谐波电流分量和基波无功电流，然后将其反极性作用后发生补偿电流的指令信号。电流跟踪控制电路的功能是根据主电路产生的补偿电流，计算出主电路各开关器件的触发脉冲，此脉冲经驱动电路后作用于主电路。这样电源电流中只含有基波的有功分量，从而达到消除谐波与进行无功补偿的目的。根据同样的原理，电力有源滤波器还能对不对称三相电路的负序电流分量进行补偿。 有源电力滤波器的主电路一般由PWM逆变器构成。根据逆变器直流侧储能元件的不同，可分为电压型有源滤波器(储能元件为电容)和电流型有源滤波器(储能元件为电感)。电压型有源滤波器在工作时需对直流侧电容电压控制，使直流侧电压维持不变，因而逆变器交流侧输出为PWM电压波。而电流型有源滤波器在工作时需对直流侧电感电流进行控制，使直流侧电流维持不变，因而逆变器交流侧输出为PWM电流波。电压型有源滤波器的优点是损耗较少，效率高，是目前国外绝大多数有源滤波器采用的主电路结构。电流型有源滤波器由于电流侧电感上始终有电流流过，该电流在电感阻上将产生较大损耗，所以目前较少采用。 图2 电压型有源滤波器

图3 电流型有源滤波器 2．有源电力滤波器的分类 按电路拓朴结构分类，电力有源滤波器可分为并联型、串联型、串－并联型和混合型。 图4 并联型有源滤波器 图4所示为并联型有源滤波器的基本结构。它主要适用于电流源型非线性负载的谐波电流抵消、无功补偿以及平衡三相系统中的不平衡电流等。目前并联型有源滤波器在技术上已较成熟，它也是当前应用最为广泛的一种有源滤波器拓补结构。 图5 串联型有源滤波器 图5所示为串联型有源滤波器的基本结构。它通过一个匹配变压器将有源滤波器串联于电源和负载之间，以消除电压谐波，平衡或调整负载的端电压。与并联型有源滤波器相比，串联型有源滤波器损耗较大，且各种保护电路也较复杂，因此，很少研究单独使用的串联型有源滤波器，而大多数将它作为混合型有源滤波器的一部分予以研究。 图6 混合型有源滤波器 图6所示为混合型有源滤波器的基本结构。它是在串联型有源滤波器的基础上使用一些

有源电力滤波器与电气控制原理图

有源电力滤波器与电气控制原理图 电气原理图是根据电气动作原理绘制的，用于分析动作原理和排除故障．而不考虑电气设备的电气元器件的实际结构和安装情况。通过电路图，可详细地了解电路、设备电气控制系统的组成和工作原理，并可在测试和寻找故障时提供足够的信息，同时电气原理图也是编制接线图的重要依据。 1．电气原理图绘制 电气原理图中，一般分为主电路和控制电路两部分分别画出。主电路是设备的驱动电路，在控制电路的控制下，根据控制要求由电源向用电设备供电。主电路通常用粗实线画在图样的左侧（或上方）。在电力拖动线路中，实际上就是设备的电源、电动机及其他用电设备等。 控制和辅助电路一般用细实线画在图样的右侧（或下方）。控制电路、辅助电路要分开画。控制电路画出控制主电路工作的控制电器的动作顺序，画出用作其他控制要求的控制电器的动作顺序。控制电路由接触器和继电器的线圈以及各种电器的常开、常闭触点组合构成控制逻辑，实现需要的控制功能。辅助电路是指设备中的信号和照明部分。主电路、控制电路和其他辅助的信号照明电路，保护电路一起构成电控系统。 电气原理图中的电路可以水平布置或者垂直布置。当水平布置时，电源线垂直画，其他电路水平画，控制电路中的耗能元件画在电路的最右端。当垂直布置时，电源线水平画，其他电路垂直画，控制电路中的耗能元件画在电路的最下端。

2．元器件绘制和器件状态 电气原理图中的所有电气元器件不画出实际外形图，而采用国家标准规定的图形符号和文字符号表示。同一电器的各个部件可根据需要画在不同的地方，但必须用相同的文字符号标注。电气原理图中所有元器件的可动部分通常表示在电器非激励或不工作的状态和位置。其中，常见的元器件状态有： (1)继电器和接触器的线圈处在非激励状态。 (2)断路器和隔离开关在断开位置。 有源电力滤波器/APF的系统结构 Dow有源电力滤波器/APF的主电路功能框图如图1所示，Dow 3L结构框图如图2所示，Dow4L 结构框图如图3所示。 图1 Dow3L/4L主电路功能图

巴特沃斯滤波器的设计与仿真

信号与系统课程设计 题目巴特沃斯滤波器的设计与仿真 学院英才实验学院 学号2015180201019 学生姓名洪 健 指导教师王玲芳

巴特沃斯滤波器的设计与仿真 英才一班 洪健 2015180201019 摘 要：工程实践中，为了得到较纯净的真实信号，常采用滤波器对真实信号进行处理。本文对巴特沃斯模拟滤波器的幅频特性、设计方法及设计步骤进行了研究，并利用Matlab 程序和Multisim 软件，设计了巴特沃斯模拟滤波器，并分析了巴特沃斯模拟滤波器的幅频特性。利用 Matlab 程序绘制了巴特沃斯模拟滤波器的幅频特性曲线，并利用Matlab 实现了模拟滤波器原型到模拟低通、高通、带通、带阻滤波器的转换。通过Multisim 软件，在电路中设计出巴特沃斯滤波器。由模拟滤波器原型设计模拟高通滤波器的实例说明了滤波器频率转换效果。同时通过电路对巴特沃斯滤波器进行实现，说明了其在工程实践中的应用价值。 关键词：巴特沃斯滤波器 幅频特性 Matlab Multisim 引言 滤波器是一种允许某一特定频带内的信号通过，而衰减此频带以外的一切信号的电路，处理模拟信号的滤波器称为模拟滤波器。滤波器在如今的电信设备和各类控制系统里应用范围最广，技术最为复杂，滤波器的好坏直接决定着产品的优劣。滤波器主要分成经典滤波器和数字滤波器两类。从滤波特性上来看，经典滤波器大致分为低通、高通、带通和带阻等。 模拟滤波器可以分为无源和有源滤波器。 无源滤波器：这种电路主要有无源元件R、L 和C 组成。有源滤波器：集成运放和R、C 组成，具有不用电感、体积小、重量轻等优点。集成运放的开环电压增益和输入阻抗均很高，输出电阻小，构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用。但集成运放带宽有限，所以目前的有源滤波电路的工作频率难以做得很高。 MATLAB 是美国MathWorks 公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB 和Simulink 两大部分。 Multisim10 是美国NI 公司推出的EDA 软件的一种，它是早期EWB5.0、Multisim2001、Multisim7、Multisim8、Multisim9等版本的升级换代产品，是一个完全的电路设计和仿真的工具软件。该软件基于PC 平台，采用图形操作界面虚拟仿真了一个如同真实的电子电路实验平台，它几乎可以完成实验室进行的所有的电子电路实验，已被广泛应用于电子电路的分析，设计和仿真等工作中，是目前世界上最为流行的EDA 软件之一。 本文主要对低通模拟滤波器做主要研究，首先利用MATLAB 软件对巴特沃斯滤波器幅频特性曲线进行研究，并计算相应电路参数，最后利用Multisim 软件实现有源巴特沃斯滤波器。 正文 1巴特沃斯低通滤波器 巴特沃斯（Butterworth）滤波器的幅频特性如该幅频特性的特点如下： ① 最大平坦性。可以证明，在ω=０处，有最大值|H(0)|=1，幅频特性的前２n－１阶导数均为零。这表示它在ω＝０点附近是很平坦的。 ② 幅频特性是单调下降的，相 频 特 性 也 是 单 调 下降的。因此， 巴特沃斯滤波器对有用信号产生的幅值畸变和相位畸变都很小。 ③ 无论阶数ｎ是什么数，都会通过C = ，并且此时|()|H j ，而且ｎ 越大，其幅频响应就越逼近理想情况。

电力有源滤波器的设计-开题报告

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： 指导教师： 2014 年3月

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

有源滤波器仿真

1 引言 电力电子产品广泛应用于工业控制领域，并且用户对电能质量要求越来越高，其中最为突出的是电压质量和谐波问题。因此，如何提高电压质量、治理谐波就成为输配电技术中最为迫切的问题之一。低成本的无源滤波器PF(Passive Filter)是目前普遍采用的补偿方法，但其滤波效果与系统运行参数密切相关，在特定情况下无源滤波器还可能与系统发生谐振。80年代以来，利用功率开关的有源电力滤波器APF(Active Power Filter)的研究越来越引起人们关注。APF是一种用于动态谐波抑制、无功补偿的新型电力电子装置，但是由于电源电压直接加在逆变桥上，其对开关器件电压等级要求较高；当负载谐波电流大时，有源滤波装置的容量也相应较大；对于高于有源滤波器开关频率的谐波也无法通过有源滤波器滤除，因此同时具有较大的补偿容量和较宽的补偿频带较为困难。 将APF与PF相结合，合理分担补偿需求，可使APF容量减小。混合型补偿方案的基本原理就是将常规型APF上承受的基波电压移去，使有源装置只承受谐波电压，从而可显著降低有源装置的容量，充分发挥PF的高耐压、大容量、易实现等特点以及APF所具有的宽谐波抑制范围和自动跟踪等优势。 2 无源滤波器 用于谐波治理的传统方式为并联无源LC滤波器，选定R、L、C的参数，使滤波网络在一定的谐波信号频率处产生谐振，从而达到抑制谐波的目的。无源滤波器主要可以分为两大类：调谐滤波器和高通滤波器。调谐滤波器实际应用较多的是单调谐滤波器，它是利用电感、电容的串联谐振原理构成的。 3 有源滤波器 有源滤波器的基本原理是从补偿对象中检测出谐波电流，由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等而极性相反的补偿电流，从而使电网中只含有基波分量，达到实时补偿电流的目的。如果要求有源滤波器在补偿谐波的同时，还补偿负载的无功，则只要在补偿电流的指令信号中增加与负载电流无功分量反极性的成分即可。这种滤波器可对频率和大小都随时间变化的谐波以及变化的无功功率进行迅速动态跟踪补偿。 (1)谐波检测谐波的测量方法包括采用模拟带通(或带阻)滤波器、基于傅里叶变换的谐波检测分析、基于瞬时无功功率的谐波检测等。在谐波和无功电流的实时检测中运用最多的是基于瞬时无功功率的谐波检测方法。这里采用以瞬时无功理论为基础的p-q运算法来实时检测谐波。p-g运算法的原理框图如图1所示。 图1中，C23=C32T，该方法将三相电路各相电压和电流的瞬时值变换到α-β两相正交的坐标系上，根据定义算出瞬时实功率p、瞬时虚功率q，经低通滤波器LPF得p、q 的直流分量。电网电压波形无畸变时，p为基波有功电流与电压作用所产生，q为基波无功

有源滤波器的基本原理

有源滤波器的基本原理 有源滤波器是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的电力电子装置，它能对大小和频率都变化的谐波，以及变化无功进行补偿。其应用可克服LC滤波器等传统的谐波抑制和无功补偿的缺点。 有源电力滤波器系统主要由两大部分组成，即指令电流检测电路和补偿电流发生电路。 指令电流检测电路的功能主要是从负载电流中分离出谐波电流分量和基波无功电流，然后将其反极性作用后发生补偿电流的指令信号。电流跟踪控制电路的功能是根据主电路产生的补偿电流，计算出主电路各开关器件的触发脉冲，此脉冲经驱动电路后作用于主电路。这样电源电流中只含有基波的有功分量，从而达到消除谐波与进行无功补偿的目的。根据同样的原理，电力有

源滤波器还能对不对称三相电路的负序电流分量进行补偿。 有源电力滤波器的主电路一般由PWM逆变器构成。根据逆变器直流侧储能元件的不同，可分为电压型有源滤波器(储能元件为电容)和电流型有源滤波器(储能元件为电感)。电压型有源滤波器在工作时需对直流侧电容电压控制，使直流侧电压维持不变，因而逆变器交流侧输出为PWM电压波。而电流型有源滤波器在工作时需对直流侧电感电流进行控制，使直流侧电流维持不变，因而逆变器交流侧输出为PWM电流波。电压型有源滤波器的优点是损耗较少，效率高，是目前国内外绝大多数有源滤波器采用的主电路结构。电流型有源滤波器由于电流侧电感上始终有电流流过，该电流在电感内阻上将产生较大损耗，所以目前较少采用。

2．有源电力滤波器的分类 按电路拓朴结构分类，电力有源滤波器可分为并联型、串联型、串－并联型和混合型。 图4所示为并联型有源滤波器的基本结构。它主要适用于电流源型非线性负载的谐波电流抵消、无功补偿以及平衡三相系统中的不平衡电流等。目前并联型有源滤波器在技术上已较成熟，