664524633毕业设计（论文）电力系统谐波抑制装置的研究.doc

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1、 毕业论文(设计)题目名称： 电力系统谐波抑制装置的研究 题目类型： 毕业设计 学生姓名： 院 (系)： 电子信息学院 专业班级： 电气10603班 指导教师： 辅导教师： 时 间： 2010.3.15 至 2010.6.10 目 录毕业设计任务书开题报告指导教师评审意见评阅教师评语答辩会议记录中文摘要外文摘要第一章 绪论11.1 研究背景、目的和意义11.2 研究主要问题21.3 国内外发展状况2第二章 有源电力滤波器42.1 有源电力滤波器的基本原理42.2 有源滤波器的系统构成和主电路形式62.2.1 有源电力滤波器的系统构成62.2.2 有源电力滤波器的主电路形式8第三章 控制方案和电

2、路设计113.1 方案113.1.1 引言113.1.2 主电路方案123.1.3 控制方案123.2 电路设计133.2.1 主回路设计133.2.2 驱动电路183.2.3 控制电路原理.193.2.4 控制电路设计213.2.5 印制电路板的布线技术22第四章 仿真234.1 电路图的绘制及其仿真234.2 仿真及结果显示24第五章 总结26参考文献27致谢28长江大学毕业论文(设计)任务书学院（系）电信学院 专业 电气工程及其自动化 班级 电气10603班学生姓名 指导教师/职称 1. 毕业论文(设计)题目：电力系统谐波抑制装置的研究2. 毕业论文(设计)起止时间： 2010 年3 月

3、15 日2010 年6月10 日3毕业论文(设计)所需资料及原始数据（指导教师选定部分）（1）一种高性能的正弦脉宽调制器. 电气传动，1999，4：6063 （2）GTO器件构成PWM电流型逆变器控制电路设计. 研究简报，1994, 4：45504毕业论文(设计)应完成的主要内容（1）通过上网及图书馆等途径，查阅传统电力有源滤波装置的结构及工作原理，针对其存在弊端，提出自己的设计方法。（2）第一，主电路的设计；第二，控制回路的设计。1 电压型PWM整流逆变主电路 采用单个PWM变流器的电力有源滤波器的主电路,根据其直流侧储能元件的不同，可分为电压型和电流型.2 电流跟踪控制电路由于并联型电力有

4、源滤波器产生的补偿电流应实时跟踪其令电流信号的变化,要求补偿电流发生器有很好的实时性,因此电流控制采用跟踪型PWM控制方式.目前跟踪型PWM控制的方法主要有两种,即瞬时值比较方式和三角波比较方式.5毕业论文(设计)的目标及具体要求输入信号：频率、幅值可变，频率到1KHz的多次谐波电压模拟信号;输出信号: 波形同上的电流信号，不失真，电流，功率要力求大，大电感负载.6、完成毕业论文(设计)所需的条件及上机时数要求开发仪器及软件： PC机一台、proteus或pspice仿真软件。 上机时数120学时 任务书批准日期 2010 年 3 月 10 日 教研室(系)主任(签字) 任务书下达日期 201

5、0 年 3 月 15 日 指导教师(签字) 完成任务日期 2010 年 6 月 10 日 学生（签名） 长江大学毕业设计(论文)开题报告题 目 名 称 电力系统谐波抑制装置的研究 题 目 类 别 毕业设计 学 院（系） 电子信息学院 专 业 班 级 电气10603 班 学 生 姓 名 指 导 教 师 辅 导 教 师 开题报告日期 2010 年 03 月 27日 电力系统谐波抑制装置的研究学 生： 电子信息学院指导教师： 电子信息学院 1 题目来源实验室建设2 研究目的和意义随着国民经济的发展和现代化技术的进步，各种非线性负载（谐波源）和电力电子装置普遍应用于电网中，严重的无功冲击使电网功率因数

6、降低，其产生的高次谐波使电网供电电压波形发生畸变，造成供电质量下降，电力系统的能量损耗增加，供用电设备寿命缩短等不良影响。因此，解决好电网的无功功率补偿和谐波滤波问题，对于提高电能质量、安全运行、降低损耗、节能、充分利用电气设备的出力等具有重要的意义。目前，采用动态无功补偿及谐波抑制方法可以改善电网上的波形特性和功率因数，减少非线性负载对电力系统的影响，创建一个“绿色环保”电力系统。因此，关注无功补偿、谐波问题，研制相关装置这一课题已引起了学术界和工业界的极大兴趣，具有很高的实用价值和社会意义。3 阅读的主要参考文献及资料名称1 王兆安，杨君，刘进军谐波抑制和无功功率补偿M北京：机械工业出版社

7、， 2006：12492 姜齐荣，赵东元，陈建业有源电力滤波器M北京：科学出版社，2005：40593 胡 铭，陈 珩有源滤波技术及其应用J电力系统自动化，2000：66704 倪璐璐基于有源电力滤波器的谐波抑制技术研究D中国石油大学，20075 叶 刚新型无功功率补偿装置及混合滤波器研究D华中科技大学，20066 梁晓剑电力系统谐波及其抑制技术的研究D广西大学，20077 李伟彬有源电力滤波器在无功补偿与谐波抑制中的研究D武汉理工大学，20098 汪秀丽电力系统的谐波问题J水利电力科技，2006，32（2）9 Mishra M K,Joshi A,Ghosh A. Unified shunt

8、 compensator algorithm based on generalized instantaneous reactive power theoryJ.IEE Proceedings Generation, Transmission and Distribution,2001,148 (6): 821410 Peng Fangzheng,Hirofumi Akagi.A New Approach to Harmonic Compensation in Power System A Combined Systemof Shunt Passive and Series Active Fi

9、lter.IEEE Transaction on Industry Applications, 1990,26(6)：98498911 李燕青，陈志业，李鹏电力系统谐波抑制技术J华北电力大学学报，2001，28（4）：192212 魏 伟谐波抑制技术研究综述J电气技术，2009，6：192313 李伟彬，宋仲康有源滤波器在无功补偿与谐波抑制中的作用J仪表技术，2009，2：414514 许长武，张明江电力有源滤波器及PWM 控制技术J黑龙江科技信息，2009，3：6115 张文勇，李进，孔祥凤基于电力有源滤波器的谐波抑制J电力学报，2009，24（2）：1331364 国内外现状和发展趋势与研

10、究的主攻方向目前，利用有源电力滤波器进行谐波抑制与无功补偿是一种趋势。有源电力滤波器是一种用于动态抑制谐波和补偿无功的新型电力电子装置。其补偿原理是向电网中注入与谐波电流相位相反、幅值相同的补偿电流来抵消电网中的谐波，从而达到抑制谐波的目的。采用有源电力滤波器可以获得比传统方式更好的补偿性能，可以克服无源滤波器的各项缺点，并且具有以下优点：（1）它在对频率和大小都在变化的谐波以及无功电流进行补偿时，对补偿对象的变化有很快的响应，可实现动态补偿。（2）可同时对谐波和无功电流进行补偿，补偿程度连续可调。（3）补偿无功功率时理论上不需要储能元件，补偿谐波电流时所需的储能元件也不大。（4）受电网阻抗的

11、影响很小，不易和电网阻抗发生谐振。（5）既可以对一个谐波和无功源单独补偿，也可以对多个谐波和无功源集中补偿。可见，采用有源电力滤波器可以获得比以往的方法更优越的补偿特性，并且随着电力电子技术的发展，电力电子器件成本的逐步下降，有源电力滤波器的成本也会下降，应用前景比较乐观。基于有源电力滤波器的上述优点，采用有源电力滤波器是对谐波进行抑制的一个发展趋势，因而受到广泛的重视，对于保证电力系统运行的安全性、可靠性和经济性具有重要意义。有源电力滤波器的发展最早可以追溯到60年代，但直到70年代才真正提出了有源电力滤波器的原理，到了80年代，随着电力电子技术以及PWM控制技术的发展，对有源电力滤波器的研

12、究逐渐活跃起来，特别是在赤木泰文等人提出了“三相电路瞬时无功理论”后，有源电力滤波器的研究也取得了新的突破，逐渐在工业得到广泛应用。国外的研究主要以日本为代表，已步入大量实用的阶段。随着容量的逐步提高，其应用范围也从补偿用户端谐波向改善整个电力系统供电质量的方向发展。我国在有源电力滤波器方面的研究起步较晚，直到20世纪80年代末才有文章发表。20世纪九十年代以来，一些高等院校和研究机构开始进行有关有源电力滤波器的研究。由于各方面条件的限制，在我国有源电力滤波器刚刚得以进入实际工业现场，还有待提高实际应用水平。目前，关于有源电力滤波器的研究主要集中在以下几个方面：（1）无功功率理论和谐波处理理论

13、的进一步研究传统的功率定义大都是建立在平均值基础上的。在单相正弦电路或三相对称正弦电路中，利用传统概念定义的有功功率、无功功率、视在功率和功率因数等概念都很清楚。但当电压或电流中含有谐波，或三相电路不平衡时，功率现象比较复杂，传统功率概念无法正确对其进行解释和描述。建立包含畸变和不平衡现象的完善功率理论，是电路理论中一个重要的基础性课题。（2）进一步降低补偿装置容量由于有源电力滤波器的价格要远远高于同容量的无源滤波器，为降低补偿装置的投资，主要办法就是降低有源电力滤波器的容量。目前的主要思路是将有源电力滤波器和无源滤波器混合使用，用无源滤波器滤除谐波源中主要的谐波电流，用有源电力滤波器来提高总

14、体的补偿效果，这就是混合型有源电力滤波器。还有学者提出其他方法，如注入回路方式等，其主要目的也是降低有源电力滤波器的容量，但尚未进入实用阶段。（3） 控制系统的简化有源电力滤波器为了能及时产生补偿电流以抵消谐波源负载的谐波电流，要求其控制电路必须实时检测、计算补偿对象的谐波电流。各种检测计算电路，用传统的模拟电路实现时，其线路较为繁琐、结构较为复杂、电路调试困难。随着高速数字信号处理器（DSP）的出现，采用数字化方法来控制有源电力滤波器己成为有源电力滤波器的发展趋势之一。采用数字化控制的有源电力滤波器具有运算速度快、编程方便、稳定性及可重复性好、精度高、集成方便等优点。（4）补偿装置的多功能化

15、有源电力滤波器本身除能补偿谐波外，通过在控制电路上加以改造还有补偿基波无功、电压闪变以及电压的不平衡等功能。有关这部分的研究也引起许多学者的关心并取得了许多研究成果。5 主要研究内容、需重点研究的关键问题及解决思路5.1 主要研究内容（1）理解并掌握传统电力有源滤波器的组成和工作原理；（2）了解串联型有源滤波器与并联型有源滤波器的区别与联系，并进行正确的选型；（3）了解电流型PWM整流逆变主电路与电压型PWM整流逆变主电路的区别与联系，并进行正确的选型； （4）理解并掌握电流跟踪控制的两种控制方法的原理，区别和联系；（5）利用pspice仿真软件进行仿真实践；（6）完成毕业设计所要求的与课题相

16、关的外文翻译。5.2 需重点研究的关键问题及解决思路本课题方案的设计主要是两个部分电路的设计：第一，主电路的设计；第二，控制回路的设计。这也是本课题研究中需重点研究的关键问题。（1）电压型PWM整流逆变主电路 采用单个PWM变流器的电力有源滤波器的主电路，根据其直流侧储能元件的不同，可分为电压型和电流型。本方案中采取电压型。（2）电流跟踪控制电路由于并联型电力有源滤波器产生的补偿电流应实时跟踪其令电流信号的变化，要求补偿电流发生器有很好的实时性，因此电流控制采用跟踪型PWM控制方式。目前跟踪型PWM控制的方法主要有两种：即瞬时值比较方式和三角波比较方式。本方案中采取瞬时值比较方式。6 完成毕业

17、设计所必须具备的工作条件（如工具书、计算机辅助设计、某类市场调研、实验设备和实验环境条件等）及解决的办法所需工作条件解决办法PC机一台学院机房pspice仿真软件指导老师提供7 工作的主要阶段、进度与时间安排2009年12月30日2010年01月30日：资料查询；2010年03月01日2010年04月01日：方案设计；2010年04月02日2010年05月01日：仿真测试；2010年05月02日2010年06月01日：局部调整；2010年06月02日2010年06月10日：论文撰写。8 指导教师审查意见长江大学毕业论文(设计)指导教师评审意见学生姓名专业班级毕业论文(设计)题目指导教师职 称评

18、审日期评审参考内容：毕业论文(设计)的研究内容、研究方法及研究结果，难度及工作量，质量和水平，存在的主要问题与不足。学生的学习态度和组织纪律，学生掌握基础和专业知识的情况，解决实际问题的能力，毕业论文(设计)是否完成规定任务，达到了学士学位论文的水平，是否同意参加答辩。评审意见：指导教师签名： 评定成绩（百分制）：_分（注：此页不够，请转反面）长江大学毕业论文(设计)评阅教师评语学生姓名专业班级毕业论文(设计)题目评阅教师职 称评阅日期评阅参考内容：毕业论文(设计)的研究内容、研究方法及研究结果，难度及工作量，质量和水平，存在的主要问题与不足。学生掌握基础和专业知识的情况，解决实际问题的能力，

19、毕业论文(设计)是否完成规定任务，达到了学士学位论文的水平，是否同意参加答辩。评语：评阅教师签名： 评定成绩（百分制）：_分（注：此页不够，请转反面）长江大学毕业论文(设计)答辩记录及成绩评定学生姓名专业班级毕业论文(设计)题目答辩时间 年 月 日 时答辩地点一、答辩小组组成答辩小组组长：成 员：二、答辩记录摘要答辩小组提问（分条摘要列举）学生回答情况评判三、答辩小组对学生答辩成绩的评定（百分制）：_分 毕业论文(设计)最终成绩评定(依据指导教师评分、评阅教师评分、答辩小组评分和学校关于毕业论文(设计)评分的相关规定)等级(五级制)：_答辩小组组长(签名) ： 秘书(签名)： 年 月 日院(系

20、)答辩委员会主任(签名)： 院(系)(盖章)电力系统谐波抑制装置的研究学 生： 电子信息学院指导教师： 电子信息学院摘要 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。本文对有源电力滤波器的谐波电流跟踪控制环节和主电路的参数设计进行了研究和探索。首先，笔者认真研究了有源电力滤波器(APF)的基本原理、系统构成和主电路形式，以及各种类型(并联型、串联型)有源电力滤波器的基本结构和优缺点。针对本方案采用的并联型有源电力滤波

21、器进行了仔细分析和研究。其次，本文对有源电力滤波器的主电路形式作了简要介绍和比较分析。确定了用电压型PWM整流逆变主电路。在此基础上，作者对主电路中用到的器件进行了选型和参数设计。再次，重点介绍了电力电子功率驱动放大电路，研究了有源电力滤波器电流控制方法，确定采用滞环比较控制方式作为本文所研究有源电力滤波器的控制策略。最后，依据前面所研究的谐波检测方法和控制部分构建了并联型有源电力滤波器，并进行了Pspice仿真实验，仿真结果验证了该滤波装置的良好补偿性能。文章末尾对全文的研究工作做了总结，并提出了展望。关键词 有源电力滤波器，谐波抑制，无功补偿，检测与控制The research on Ha

22、rmonic Suppression Device of Power SystemStudent: Chen Hui, Electronic Information EngineeringCounselor: Ye Gang , School of Electronic InformationAbstract With the rapid development of electronic technology and extensive application of power electronic devices, People have a higher requirement on t

23、he use of electricity and power quality. Active power filter is recognized as the most effective method to govern harmonic pollution in power systems. It is a development tendency in future to use active power filter to restrain power system harmonics and reactive power compensation. In this paper,

24、the author researched and explored the active power filter harmonic current tracking control links and the parameters of the main circuit design.Firstly, the author studied carefully on active power filter (APF), such as the basic principles, system structure and main circuit form, as well as the ba

25、sic structure, advantages and disadvantages about various types (parallel, series-type) of APF. For this design, the author will analyze and discuss carefully about the parallel active power filter.Secondly, according to a brief introduction and a comparative analysis to the main circuit forms of th

26、e active power filter. The author decided to use voltage PWM rectifier inverter as the main circuit. In this foundation, the author made a selection of device and a parameter design of the devices in the main circuit.Once more, the article laid great emphasis on the power electronics power driver am

27、plifier circuit, at the same time, discussed the current control method of active power filter. It determined to use the hysteresis control method as the control strategy of active power filter we studied in this paper. Finally, according to the earlier studies of harmonic detection and control sect

28、ion, the author constructed a parallel active power filter, and made a simulation experiment with Pspice, the simulation results showed the filtering device had a very good function. It summarized the research at the end of the article and also made the prospect. Keywords active power filter, harmon

29、ic suppression, reactive power compensation, detection and control1 绪论1.1 研究背景、目的和意义电力电子装置的应用日益广泛，使得它成为最大的谐波源。在各种电力电子装置中，整流装置的比例相当大。常见的整流电路都是采用晶闸管相控整流或二极管整流，其中以三相桥式和单项桥式整流电路为最多。带阻感负载的整流电路产生的谐波污染和功率因数滞后已被人们熟知。直流侧采用大电容滤波的二极管整流电路也日益成为严重的谐波污染源。虽然其输入电流的基波分量功率因数接近1，但其中的谐波分量却很大，给电网造成严重污染，也使其总的功率因数很低。除此之外，数

30、量庞大的电视机、计算机和各种家用电器及办公设备中大都含有开关电源，它们的普及也加大了谐波污染问题的严重性。无功功率的增大对电力系统产生严重影响，它使电网视在功率增加，使发电机、变压器和输电线的容量增大，使电力系统中的控制设备、测量仪表的尺寸规格都加大。无功功率的增加使电力系统总电流增大，电力设备和线路的损耗也随之增加。电力系统中无功功率的盈亏，还影响到电网电压的高低。冲击性的无功功率会使电网电压产生剧烈的波动，严重影响供电质量7。采用电力滤波装置就近吸收谐波源所产生的谐波电流，是抑制谐波污染的有效措施。通常采用电力电容器、电抗器、电阻器适当组合而成的无源装置进行滤波。由于无源滤波装置具有投资少

31、、效率高、结构简单、运行可靠及维护方便等优点，因此它是目前广泛采用的抑制谐波及无功补偿的主要手段。但由于无源滤波器是通过在系统中为谐波提供并联低阻通路，以起到滤波作用，其滤波特性是由系统和滤波器的阻抗比所决定的，因而存在以下缺点：谐波特性受系统参数的影响较大；只能消除特定的几次谐波，而对某些次谐波会产生放大作用；滤波要求和无功补偿、调压要求有时难以协调；谐波电流增大时，滤波器负担随之加重，可能造成滤波器过负荷。由于无源滤波器具有以上缺点，随着电力电子技术的不断发展，人们将滤波研究方向转向有源滤波。有源滤波装置(APF)是灵活交流输电系统(FACTS)的重要基础部件，而FACTS技术是对传统的交

32、流输电系统进行根本变革的新的输电概念，是一种将对未来电力系统的发展产生巨大变革性影响的新技术，其实质是将电力电子、计算机、通信和自动控制技术相结合，应用电力电子技术的最新发展成就以及现代控制技术实现对交流输电系统参数乃至网络结构的灵活快速控制，以期实现输送功率的合理分配，降低功率损耗和发电成本，大幅度提高系统稳定性、可靠性，也是当前技术先进国家电力系统研究的热点和前沿，被专家预测为“现代电力系统具有变革性的前沿课题之一”，是实现电力系统安全、经济、综合控制的重要手段。有源滤波装置是装有电力电子型或其他静止型控制器以加强可控性和功率传输能力的交流输电设备，可以对交流电的无功(电压)、电抗和相角进

33、行控制。有源电力滤波(APF)装置在技术上具有响应速度快和可靠性高的优点，在经济上具有占地小和其大功率电力电子器件的价格随着使用广泛而降低的优点。从改进运行的安全、稳定、经济、灵活性出发，对FACTS技术以及高电压大功率电力电子技术有广泛的需求。相应产业应有非常好的发展前景。1.2 研究主要问题本设计主要解决如下问题：（1）理解并掌握传统电力有源滤波器的组成和工作原理；（2）了解串联型有源滤波器与并联型有源滤波器的区别与联系，进行正确选型；（3）了解电流型PWM整流逆变主电路与电压型PWM整流逆变主电路的区别与联系，并进行正确的选型； （4）理解并掌握电流跟踪控制的两种控制方法的原理，区别和联

34、系；（5）利用pspice仿真软件进行仿真实践，并对仿真结果进行分析。1.3 国内外发展状况有源电力滤波器的发展最早可以追溯到20世纪60年代末。1969年B.M.Bird和J.F.Marsh在其发表的论文中，描述了通过向交流电网注入三次谐波电流来减少电源电流中的谐波成分，从而改善电源电流波形的新方法。虽然文中没有有源电力滤波器一词，但其描述的方法是有源电力滤波器的基本思想的萌芽。1971年，H.Sasaki和T.Machida在论文中首次完整地描述了有源电力滤波器的基本原理。但是由于当时是采用线性放大的方法产生补偿电流，损耗大，成本高，因而仅在实验室中研究，没能在工业中实用。1976年，L.

35、Gyugyi等人提出了采用PWM控制变流器构成的有源电力滤波器，确立了有源电力滤波器的概念，主电路的基本拓扑结构和控制方法。从原理上看，PWM变流器是一种理想的补偿电流发生器，但由于当时电力电子技术的发展水平有限，全控型器件功率小、频率低，因而有源电力滤波器还只限于实验研究。进入20世纪80年代后，随着电力电子技术、PWM控制技术的发展和新型电力电器件的出现，对有源电力滤波器的研究逐渐活跃起来，是电力电子技术领域的研究热点之一。这一时期的一个重大突破是，1983年赤木泰文(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检测方法在有源电力滤波器中获得了成功的应

36、用，极大地促进了有源电力滤波器的发展。目前，三相电路瞬时无功功率理论被认为是有源电力滤波器的主要理论基础之一。国外对有源电力滤波装置的开发研究工作始于90年代初期，目前已进入实用化阶段。当前在国外如美国、法国、德国、日本等发达国家认为这类产品服务是今后改善电力系统供电质量的发展方向，目前已出现具有快速响应、稳定性高的有源滤波装置。我国在有源电力滤波器方面的研究较晚，直到1989年才见到这方面的研究文章，1993年才见到实验性的工业应用报道，但其中所采用的谐波和无功电流检测方法较为陈旧，补偿效果不理想。近几年进行这方面的研究的单位在逐年增加，主要集中在一些高等院校和少数研究机构。从发表得到的文章

37、看，以理论研究和实验为主，这些研究在理论上有一定特色，有的已达到或者接近国际先进水平。但是工业使用的装置所采用的控制方式比较陈旧，补偿效果也不好。此外，由于诸多方面条件的限制，其中主要是对谐波和无功问题未能给予足够的重视。随着我国电能质量管理工作的深入开展，利用有源电力滤波器进行谐波治理将会有具有巨大的市场应用潜力，有源滤波技术将得到广泛的应用1。2 有源电力滤波器2.1 有源电力滤波器的基本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，它能对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿，其应用可克服LC滤波器等传统的谐波抑制和无功补偿方法的缺点。图1所示为最基本的有源

38、电力滤波器系统构成的原理图。图中，表示交流电源，负载为谐波源，它产生谐波并消耗无功。有源电力滤波器系统由两大部分组成，即指令电流运算电路和补偿电流发生电路(由电流跟踪控制电路、驱动电路和主电路三个部分构成)。其中，指令电流运算电路的核心是检测出补偿对象电流中的谐波和无功等电流分量，因此有时也称之为谐波和无功电流检测电路。补偿电流发生电路的作用是根据指令电流运算电路得出的补偿电流的指令信号，产生实际的补偿电流。主电路目前均采用PWM变流器。作为主电路的PWM变流器，在产生补偿电流时，主要作为逆变器工作，因此有的文献中将其称为逆变器。但它并不是仅仅作为逆变器工作的，如在电网向有源电力滤波器直流侧储

39、能元件充电时，它就作为整流器工作。也就是说，它既工作于逆变状态，也工作于整流状态，且两种工作方式无法严格区分。图1 并联型有源电力滤波器原理图图1所示有源电力滤波器的基本工作原理是，检测补偿对象的电压和电流，经指令电流运算电路计算得出补偿电流的指令信号，该信号经补偿电流发生电路放大，得出补偿电流，补偿电流与负载电流中要补偿的谐波及无功等电流抵消，最终得到期望的电源电流。例如，当需要补偿负载所产生的谐波电流时，有源电力滤波器检测出补偿对象负载电流和谐波分量,将其反极性后作为补偿电流的指令信号，由补偿电流发生电路产生的补偿电流即与负载电流中的谐波分量大小相等、方向相反，因而两者相互抵消，使得电源电

40、流中只含基波，不含谐波。这样就达到了抑制电源电流中谐波的目的。上述原理可用如下的一组公式描述：式中负载电流的基波分量。如果要求有源电力滤波器在补偿谐波的同时，补偿负载的无功功率，则只要在补偿电流的指令信号中增加与负载电流的基波无功分量反极性的成分既可。这样，补偿电流与负载电流中的谐波及无功成分抵消，电源电流等于负载电流中的基波有功分量。根据同样的原理，有源电力滤波器还可以对不对称三相电路的负序电流等进行补偿。有源电力滤波器的特点主要有如下几点：（1）实现了动态补偿，可对频率和大小都变化的谐波以及变化的无功功率进行补偿，对补偿对象的变化有极快的响应；（2）可同时对谐波和无功功率进行补偿，且补偿无

41、功功率的大小可连续调节；（3）补偿无功功率时不需储能元件，补偿谐波时所需储能元件容量也不大；（4）即使补偿对象电流过大，有源电力滤波器也不会发生过载，并能正常发挥补偿作用；（5）受电网阻抗的影响不大，不容易和电网阻抗发生谐振；（6）能跟踪电网频率的变化，故补偿性能不受电网频率变化的影响；（7）既可对一个谐波和无功源单独补偿，也可对多个谐波和无功源集中补偿。2.2 有源滤波器的系统构成和主电路形式最早的有源电力滤波器为单独使用的并联型有源电力滤波器。经多年的发展，为尽量发挥有源电力滤波器的特长、提高其性能，并尽量减小其容量，提出了串联混合型有源电力滤波器、并联混合型有源电力滤波器等。为适应不同的

42、补偿对象，提出了串联型有源电力滤波器等。具体分类如图2所示。图2 有源电力滤波器的系统构成分类根据有源电力滤波器接入电网的方式，将其分为并联型、串联型和混合型。每种还包括单独使用方式及与无源滤波器混合使用等方式。而主电路形式可以分为电压型和电流型。有源电力滤波器的每一种类型结构各有其特点，因而其工作原理特性等也就各有其特点。下面就分别对各种类型有源电力滤波器的系统构成和主要特点进行论述。2.2.1 有源电力滤波器的系统构成2.2.1.1 并联型有源电力滤波器单独使用的并联型有源电力滤波器构成的原理图如图3所示图3 单独使用并联型电力有源滤波器图3中，负载为产生谐波的谐波源，变流器和与其相连的电

43、感、直流侧储能元件(图中为电容)共同组成有源电力滤波器的主电路。与有源电力滤波器并联的小容量一阶高通滤波器(或采用二阶高通滤波器)，用于滤除有源电力滤波器所产生的补偿电流中开关频率附近的谐波9。由于有源电力滤波器的主电路与负载并联接入电网，故称为并联型。又由于其补偿电流基本上由有源电力滤波器提供，为与其它方式相区别，称之为单独使用的方式。这是有源电力滤波器中最基本的形式，也是目前应用最多的一种。这种方式可以用于：只补偿谐波；只补偿无功功率，补偿的多少可以根据需要连续调节；补偿三相不对称电流；补偿供电点电压波动；以上任一项的组合。在这种方式中，只要采用适当的控制方法就可以达到多种补偿目的，它可以

44、实现的功能最为丰富灵活。但是，由于交流电源的基波电压(或经变压器)施加到变流器上，且补偿电流基本由变压器提供，故要求变流器具有较大的容量，这是这种方式的主要缺点。2.2.1.2 串联型有源电力滤波器。单独使用的串联型有源电力滤波器构成的原理图如图4所示。这种方式的特点是有源电力滤波器作为电压源串联在电源和谐波源之间2。图4 单独使用的串联型有源电力滤波器在多数情况下，并联型有源电力滤波器主要用于补偿可以看作电流源的谐波源，典型的如直流侧为阻感负载的整流电路。此时，有源电力滤波器向电网注入补偿电流，抵消谐波源产生的谐波，使电源电流成为正弦波。在这种情况下，并联型有源电力滤波器本身表现出电流源的特性。串联型有源电力滤波器与并联型有源电力滤波器不同，主要用于补偿可以看作是电压源的谐波源。这种谐波源的一个典型的例子就是电容滤波整流电路。串联型有源电力滤波器输出补偿电压，抵消由负载产生的谐波电压，使供电点电压波形成为正弦波。串联型与并联型可看作是对偶的关系。比较两种类型的滤波器，会发现并联型有