畢業(yè)設(shè)計（論文）抑制無線電干擾低通濾波器設(shè)計

1、第1章 緒論20世紀(jì)70年代以來，隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是功率半導(dǎo)體器件和變流技術(shù)的發(fā)展，各種電力電子裝置在軍事、工業(yè)、生活及高新技術(shù)領(lǐng)域獲得了越來越廣泛的應(yīng)用，并帶來了一系列的經(jīng)濟(jì)效益，如裝置體積的減小，能量轉(zhuǎn)換效率的提高，可靠性增加等等。但同時由于這些電力電子器件本身所具有的非線性特性也給電力系統(tǒng)帶來了一系列的問題，其中之一就是電力系統(tǒng)中的諧波問題。電力諧波問題日益嚴(yán)重，對電能質(zhì)量以及電力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來了很大的影響。治理電力系統(tǒng)諧波污染已經(jīng)成為電力系統(tǒng)所面臨的一個重大課題，受到了越來越多的關(guān)注。在此，我們先研究什么是諧波及其危害性，再尋求諧波抑制和無功補(bǔ)償?shù)姆椒ā?.1

2、 諧波的概念及危害性諧波是一個周期電氣量的正弦波分量，其頻率為基波頻率的整數(shù)倍，也稱為高次諧波。電網(wǎng)中的實際電流由于有各種諧波源的存在一般并不是標(biāo)準(zhǔn)的與電網(wǎng)同步的正弦電流，而是相位有改變且包含有多種諧波成分，其傅立葉級數(shù)展開式為: （1.1）上式中，為直流分量，在交流電網(wǎng)中其值為零，為基波分量，其包含與電網(wǎng)電壓同相位的有功分量和與電網(wǎng)電壓同頻率但不同相位的無功分量兩部分，為諧波成分。以上各種電流分量流過電網(wǎng)回路的阻抗便產(chǎn)生了基波有功功率、無功功率和諧波功率。諧波是由諧波源產(chǎn)生的。所謂諧波源，主要是指電力系統(tǒng)中的各種非線性用電設(shè)備。諸如半導(dǎo)體整流器、晶閘管調(diào)壓變頻等電力電子裝置、電弧爐、電力機(jī)車

3、和家用電器等等。諧波對電力系統(tǒng)電磁環(huán)境的污染日趨嚴(yán)重并且會危及系統(tǒng)本身和廣大電力用戶，由諧波引起的各種故障和事故不斷發(fā)生，對國民經(jīng)濟(jì)和生產(chǎn)、生活造成了不必要的損失，因此近二十年來電力諧波的危害和影響己引起世界各國政府和科技界的廣泛關(guān)注。 諧波對公用電網(wǎng)和其他系統(tǒng)的危害大致有以下幾個方面1：(1) 產(chǎn)生附加損耗，增加設(shè)備的溫升。一般來說，諧波電流與基波電流相比較小，但諧波頻率較高，導(dǎo)線的集膚效應(yīng)使諧波電阻比基波電阻大的多，因此諧波引起的附加損耗也比較大。在帶鐵芯的電氣設(shè)備中，鐵芯的磁滯損耗和渦流損耗也將增大。這些附加損耗除增加電力系統(tǒng)的損耗外，還使設(shè)備溫升增加，尤其是局部發(fā)熱點的溫升可能增加更多

4、，使設(shè)備絕緣老化加速；(2) 惡化絕緣條件，縮短設(shè)備壽命。除附加發(fā)熱影響絕緣壽命外，還因為在較高頻率的電場作用下，絕緣的局部放電加劇，介質(zhì)損耗顯著增加，致使溫升提高；(3) 引起電機(jī)的機(jī)械振動。由諧波電流和電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場的相互作用產(chǎn)生的脈動轉(zhuǎn)矩使電機(jī)發(fā)生機(jī)械振動，當(dāng)電機(jī)機(jī)械系統(tǒng)的自然頻率在受到上述轉(zhuǎn)矩的激發(fā)而引起共振時，會損壞電機(jī)設(shè)備，甚至危及人身的安全；(4) 無功補(bǔ)償電容器組引起諧波電流的放大，甚至造成諧振。無功補(bǔ)償電容器與電力系統(tǒng)中的電感構(gòu)成了局部電感、電容回路，它們的一些組合有時會對某次的諧波電流起到放大的作用，加劇了諧波的危害。當(dāng)它們構(gòu)成的局部諧振回路的頻率與系統(tǒng)中存在的某次諧波頻率相

5、同或相近時，就會造成危險的過電流和過電壓；(5) 對繼電保護(hù)、自動控制裝置和計算機(jī)產(chǎn)生干擾和造成誤動作。這些保護(hù)和控制設(shè)備通常都是按照工作于所加電壓或電流為工業(yè)頻率和正弦波形而設(shè)計的，諧波的存在使它們的正常工作條件受到干擾、工作特性受到改變，嚴(yán)重時會造成誤動作或拒動作。對計算機(jī)的干擾嚴(yán)重時使其無法正常工作；(6) 影響測量儀表的精度，造成電能計量誤差。電力測量儀表一般是按照工頻正弦波形而設(shè)計的，當(dāng)有諧波時將產(chǎn)生誤差；(7) 干擾相鄰?fù)ㄐ啪€路和鐵道信號線路的正常工作。諧波的干擾會引起通信系統(tǒng)的噪聲，降低通話的清晰度。干擾嚴(yán)重時會引起信號的丟失，在諧波和基波共同作用下引起電話響鈴，甚至發(fā)生危及設(shè)備

6、和人身安全的事故。諧波對電網(wǎng)的危害除造成線路損耗外，更重要的是使電網(wǎng)波形受到污染，供電質(zhì)量下降，危及各種用電設(shè)備的正常運(yùn)行。諧波電流在電網(wǎng)中的流動會在線路上產(chǎn)生有功功率損耗，它是電網(wǎng)線路損耗的一部分。另外，諧波源在一些頻率上吸收有功功率，另一些頻率上發(fā)出有功功率，而這些諧波有功功率通常都是從電網(wǎng)吸收的基波有功功率轉(zhuǎn)化而來的，諧波源吸收的諧波有功功率常常對產(chǎn)生諧波裝置本身是有害而無益的，諧波源發(fā)出的諧波有功功率也給接在電網(wǎng)上的其它用電設(shè)備帶來危害并增加功率損耗。當(dāng)然 ，諧波危害的程度將因諧波量的大小以及設(shè)備的其它各種條件的不同而不同，但危害是客觀存在的，應(yīng)予于足夠的重視和有效的管理，將危害限制在

7、盡可能小的范圍內(nèi)。1.2 諧波抑制和無功補(bǔ)償1.2.1 諧波抑制裝設(shè)諧波補(bǔ)償裝置的傳統(tǒng)方法就是采用lc濾波器。這種方法既可濾除諧波，又可補(bǔ)償無功功率，而且結(jié)構(gòu)簡單，一直被廣泛使用。這種方法的主要缺點是補(bǔ)償特性受電網(wǎng)阻抗和運(yùn)行狀態(tài)影響，易和系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振，導(dǎo)致諧波放大，使lc濾波器過載甚至燒毀。此外，它只能補(bǔ)償固定頻率的諧波，補(bǔ)償效果也不甚理想。盡管如此，lc濾波器當(dāng)前仍是補(bǔ)償諧波的最主要手段。目前，諧波抑制的一個重要趨勢是采用有源電力濾波器(active power filter，簡稱apf)。有源電力濾波器也是一種電力電子裝置。其基本原理是從補(bǔ)償對象中檢測出諧波電流，由補(bǔ)償裝置產(chǎn)生個與該諧

8、波電流大小相等而極性相反的補(bǔ)償電流，從而使電網(wǎng)電流只含基波分量。這種濾波器能對頻率和幅值都變化的諧波進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償，且補(bǔ)償特性不受電網(wǎng)阻抗的影響，因而受到廣泛的重視，并且已在日本等國獲得廣泛應(yīng)用。有源電力濾波器的基本思想在六七十年代就已經(jīng)形成。80年代以來，由于大中功率全控型半導(dǎo)體器件的成熟，脈沖寬度調(diào)制(pulse width modulation，簡稱pwm)控制技術(shù)的進(jìn)步,以及基于瞬時無功功率理論的諧波電流及無功電流瞬時檢測方法的提出，有源電力濾波器才得以迅速發(fā)展。有源電力濾波器的變流電路可分為電壓型和電流型，目前應(yīng)用的裝置中大部分是電壓型。從與補(bǔ)償對象的連接方式來看，又可分為并聯(lián)型和串聯(lián)

9、型。串聯(lián)型有源電力濾波器是補(bǔ)償諧波電壓，并聯(lián)型有源電力濾波器是補(bǔ)償諧波電流，兩者可以單獨(dú)使用，也可以和lc濾波器混合使用?；旌闲蜑V波器也是目前實際應(yīng)用的一個方向4。1.2.2 無功補(bǔ)償無功功率對供電系統(tǒng)和負(fù)荷運(yùn)行都是十分重要的，電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)元件的阻抗主要是電感性的，因此，粗略地說，為輸送有功功率，就要求送電端和受電端的電壓有一定相位差，這在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)可以實現(xiàn)；而為了輸送無功功率，則要求兩端電壓有一幅值差，這只能在很窄的范圍內(nèi)實現(xiàn)。不僅大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)元件消耗無功功率，大多數(shù)負(fù)載也需要消耗無功功率。網(wǎng)絡(luò)元件和負(fù)載所需要的無功功率必須從網(wǎng)絡(luò)中某個地方獲得。顯然，這些無功功率如果都要由發(fā)電機(jī)提供并經(jīng)過

10、長距離傳送是不合理的、通常也是不可能的。合理的方法應(yīng)是在需要消耗無功功率的地方產(chǎn)生無功功率，這就是所謂的無功補(bǔ)償1。無功補(bǔ)償?shù)淖饔弥饕幸韵聨c：(1) 提高供用電系統(tǒng)及負(fù)載的功率因數(shù)，降低設(shè)備容量，減少功率損耗；(2) 穩(wěn)定受電端及電網(wǎng)的電壓，提高供電質(zhì)量，在長距離輸電線中合適的地點設(shè)置動態(tài)無功補(bǔ)償裝置還可以改善輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高輸電能力；(3) 在電氣化鐵道等三相負(fù)載不平衡的場合，通過適當(dāng)?shù)臒o功補(bǔ)償可以平衡三相的有功及無功負(fù)載。早期無功補(bǔ)償裝置的典型代表是同步調(diào)相機(jī)。同步調(diào)相機(jī)不僅能補(bǔ)償固定的無功功率，對變化的無功功率也能進(jìn)行動態(tài)補(bǔ)償。至今在無功補(bǔ)償領(lǐng)域中這種裝置還在使用，而且隨著控制

11、技術(shù)的進(jìn)步，其控制性能還有所改善。但從總體上說這種補(bǔ)償手段已顯陳舊。并聯(lián)電容器的成本較低。把并聯(lián)電容器和同步調(diào)相機(jī)比較，在調(diào)節(jié)效果相近的條件下，前者的費(fèi)用要節(jié)省得多。因此，電容器的迅速發(fā)展幾乎取代了輸電系統(tǒng)中的同步調(diào)相機(jī)。但是，和同步調(diào)相機(jī)相比，電容器只能補(bǔ)償固定的無功功率，在系統(tǒng)中有諧波時，還有可能發(fā)生并聯(lián)諧振，使諧波放大，電容器因此而燒毀的事故也時有發(fā)生。1.3 有源濾波技術(shù)在諧波抑制和無功補(bǔ)償方面有很多關(guān)鍵性的技術(shù)和措施。將有源濾波器應(yīng)用于諧波治理領(lǐng)域，是該領(lǐng)域的一次技術(shù)提升。下面簡單介紹一下有源濾波技術(shù)和研究并聯(lián)混合型有源電力濾波器的意義。1.3.1有源濾波技術(shù)的發(fā)展 上世紀(jì)70年代，

12、日本學(xué)者提出了有源電力濾波器的概念。即從補(bǔ)償對象中檢測出諧波電流，利用可控的功率半導(dǎo)體器件向電網(wǎng)注入與原有諧波幅度相等、相位相反的電流，使電源的總諧波電流為零，達(dá)到實時補(bǔ)償諧波電流的目的。1976年美國西屋電氣公司的l.gyugyi和e.c.strycula提出了利用由大功率晶體管組成的pwm逆變器構(gòu)成的有源電力濾波器來消除電網(wǎng)諧波的思想。進(jìn)入80年代以后，隨著大功率可關(guān)斷器件gtr、gto和igbt的不斷發(fā)展以及瞬時無功理論的提出為有源電力濾波器的實用化提供了必要的理論與技術(shù)條件，使之在工業(yè)上得到日益廣泛的應(yīng)用。1.3.2有源濾波器與無源濾波器的比較以往諧波治理和無功補(bǔ)償?shù)姆椒?，是采用無源濾

13、波器。其優(yōu)點是經(jīng)濟(jì)、實用和可靠。但無源濾波器也有如下的缺點：(1) 補(bǔ)償特性受電網(wǎng)和負(fù)載運(yùn)行參數(shù)的影響，無源濾波器的lc參數(shù)的漂移會導(dǎo)致濾波特性的改變；(2) 諧波補(bǔ)償頻帶窄，只能消除特定的幾次諧波，可能與系統(tǒng)發(fā)生諧振，產(chǎn)生諧波的放大；(3) 裝置笨重，體積大，損耗大。而apf與無源濾波器相比，有如下優(yōu)點：(1) 占地小，功耗低；(2) 實現(xiàn)動態(tài)補(bǔ)償，可同時對頻率和幅值都變化的諧波以及變化的無功功率進(jìn)行動態(tài)補(bǔ)償，對補(bǔ)償對象的變化有極快的響應(yīng)速度；(3) 補(bǔ)償?shù)男Ч€(wěn)定，不受系統(tǒng)運(yùn)行方式和工況的影響；(4) 不會發(fā)生諧振和諧波放大的現(xiàn)象，且可以有效的抑制由于外電路的諧振而發(fā)生的諧波放大；(5)

14、具有過載判斷能力，補(bǔ)償量可控。當(dāng)諧波總量超過設(shè)定值時，裝置仍可運(yùn)行，并能正常發(fā)揮作用；(6) 補(bǔ)償無功時不需貯能元件，補(bǔ)償諧波時所需貯能元件容量相對較小。三相apf補(bǔ)償時，從理論上講不需要直流儲能元件，實際中由于諧波造成電源與逆變電路少量能量交換，故需要較小的儲能元件維持逆變電路正常工作；(7) 在諧波問題嚴(yán)重，但功率因數(shù)較高的場合，適合采用apf，而不適用無源濾波器，否則將引起無功過補(bǔ)，產(chǎn)生無功倒送的問題。理論研究和生產(chǎn)實踐表明，有源電力濾波器是目前用來綜合治理諧波等電能質(zhì)量問題的一種較為理想的電力電子裝置，是用戶電力技術(shù)中一個研究熱點。有源濾波器與無源濾波器結(jié)合使用，可以單獨(dú)實現(xiàn)或同時實現(xiàn)

15、對諧波的抑制、電壓的穩(wěn)定、無功的動態(tài)補(bǔ)償調(diào)節(jié)，而且裝置的初始投資也得以降低，是一種在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上均能獲滿意結(jié)果的方案。因而對這一問題開展研究，在理論上和現(xiàn)實上都具有十分重要的意義。1.3.3 并聯(lián)混合型有源濾波器的研究意義雖然，有源電力濾波器比以往的無源濾波器濾波效果要好，但是相比無源濾波而言，制造和維護(hù)價格都要高，無法實現(xiàn)大面積的推廣。而采用有源和無源濾波器相混合的濾波方式，能夠發(fā)揮二者的所長。既能對電網(wǎng)無功進(jìn)行有效補(bǔ)償，又能對電網(wǎng)的諧波進(jìn)行有效的抑制，而且制造和運(yùn)行費(fèi)用較合理，適合大范圍的推廣和應(yīng)用。采用并聯(lián)方式的混合型濾波器，有源濾波器被控制為諧波電流源，受電網(wǎng)以及無源濾波器所產(chǎn)生的諧波

16、的影響小，可以有效的降低有源濾波器的容量，使濾波裝置可以投入到大負(fù)荷電網(wǎng)中運(yùn)行，其研究前景非?？捎^。1.4 本文所做的工作本文對基于tms320lf2407型dsp芯片的并聯(lián)混合型有源電力濾波器進(jìn)行了分析和研究，論文所做主要工作如下:(1) 介紹了諧波的基本概念、產(chǎn)生和危害，以及諧波抑制和無功補(bǔ)償方面的研究情況，并對有源濾波器和無源濾波器進(jìn)行了比較；(2) 簡要的介紹了瞬時無功功率以及基于此理論的諧波電流檢測方法；(3) 對并聯(lián)混合型有源濾波器進(jìn)行了結(jié)構(gòu)和參數(shù)設(shè)計；(4) 對所設(shè)計的并聯(lián)混合型有源濾波器，利用matlab進(jìn)行仿真，輸出仿真波形。 第2章 基于瞬時無功理論的諧波電流檢測方法對電路

17、中諧波電流實時準(zhǔn)確的檢測，是諧波抑制的基礎(chǔ)。采用合適的諧波電流檢測方法是有源電力濾波器研究設(shè)計的重要一環(huán)。三相電路瞬時無功功率理論自80年代提出以來，在許多方面得到了成功的應(yīng)用。該理論突破了傳統(tǒng)的以平均值為基礎(chǔ)的功率定義，系統(tǒng)地定義了瞬時無功功率、瞬時有功功率等瞬時功率量。本章首先簡單介紹此理論，然后介紹基于此理論的、和、諧波電流檢測方法。2.1 瞬時無功功率理論 三相電路瞬時無功功率理論1是由s.fryze、w.quade和akagi(赤木泰文)等提出的。該理論系統(tǒng)地定義了瞬時無功功率、瞬時有功功率等瞬時功率量，以該理論為基礎(chǔ)，可得出用于有源電力濾波器的諧波和無功電流實時檢測方法。設(shè)三相平衡

18、電路各項電壓和電流的瞬時值分別為、和、，為了分析問題方便，把它們變換到-兩相正交的坐標(biāo)系上，經(jīng)變換可以得到、兩相瞬時電壓、和、兩相瞬時電流、即： (2.1) (2.2)式中 (2.3)在-平面上，矢量、和、實際上是和在軸和軸的投影，即： (2.4) (2.5)式中，、為矢量、的模，、為矢量、的幅角。根據(jù)圖2.1所示的坐標(biāo)下的電流、電壓矢量圖，引入瞬時有功功率和瞬時無功功率，可得：圖2.1 坐標(biāo)下電流、電壓矢量圖三相電路瞬時有功電流(瞬時無功電流)為矢量在(的法線)上的投影 (2.6)式中。三相電路瞬時無功功率(瞬時有功功率)為電壓矢量的模與三相電路瞬時無功電流(瞬時有功功率)的乘積： (2.7

19、)經(jīng)變換可得 (2.8)在上述、的定義基礎(chǔ)上，發(fā)展起來的基于、運(yùn)算方式的諧波電流檢測法無論在電源電壓是否畸變的情況下，都能準(zhǔn)確地檢測出諧波和無功電流9。2.2諧波電流的檢測 2.2.1基于、運(yùn)算方式的諧波電流檢測 基于、運(yùn)算方式的諧波電流檢測方法1的矢量圖如圖2.2所示：lpflpf-+圖2.2 坐標(biāo)系中的電壓、電流矢量圖2.3 、運(yùn)算方式原理圖圖2.3為、運(yùn)算方式原理圖。根據(jù)定義計算出、，經(jīng)低通濾波器lpf得、的直流分量、，電網(wǎng)電壓無畸變時，為基波有功電流與電壓作用所產(chǎn)生，為基波無功電流與電壓所產(chǎn)生。由、即可計算出被檢測電流、的基波分量、為： (2.9)將、分別與、相減，即可得出、的諧波分量

20、、，當(dāng)有源濾波器同時用于補(bǔ)償諧波和無功功率時，就需要同時檢測出被補(bǔ)償對象中的諧波和無功電流。這種情況下，只需要斷開圖2.3計算的通道即可。這時，由即可計算被檢測電流、的基波分量、為： （2.10）由于采用了低通濾波器lpf求取、，故當(dāng)被檢測電流發(fā)生變化時，需要經(jīng)一定的延遲。但只檢測無功電流時，則不需要低通濾波器，只需將反變換即可得出無功電流： （2.11）此方法檢測諧波電流的精度受電網(wǎng)電壓影響，需要進(jìn)一步改進(jìn)和完善。2.2.2 基于、運(yùn)算方式的諧波電流檢測 圖2.4是、運(yùn)算方式原理圖1，由該圖可以看出，、理論中，電源電壓不直接參與運(yùn)算，代之以與電源電壓同相位的標(biāo)準(zhǔn)正弦信號和與之對應(yīng)的余弦信號。

21、這樣，電源電壓畸變與否對計算結(jié)果不產(chǎn)生影響。具體運(yùn)算過程如下：pllsin-coslpflpf-+圖2.4 運(yùn)算方式原理圖圖中的在此方法中，通過一個鎖相環(huán)pll和一個正、余弦發(fā)生電路得到需要用到與相電網(wǎng)電壓同相位的單位正弦信號和余弦信號。按照圖2.4可以算出、，經(jīng)低通濾波器lpf濾波得出、中的支流成分、，按照下式計算出負(fù)載電流的基波分量： (2.12)將、與、的諧波電流、。與、檢測方法相似，當(dāng)需要同時檢測無功電流時，只需要斷開圖2.4中計算的通道即可。第3章 主電路結(jié)構(gòu)和參數(shù)設(shè)計混合型有源電力濾波器的種類可以根據(jù)無源濾波器和有源濾波器的連接方式不同來劃分。兩種濾波器既可以串聯(lián)也可以并聯(lián)，根據(jù)使

22、用的環(huán)境不同，都有各自的特性和優(yōu)點。本章研究的混合型有源電力濾波器，是先將無源濾波器并聯(lián)入網(wǎng)，再將有源濾波器和無源濾波器串聯(lián)，即并聯(lián)混合型有源電力濾波器。本章先介紹該濾波器的主電路結(jié)構(gòu)，再在總體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上得出各個元器件的參數(shù)。3.1主電路總體結(jié)構(gòu)本章研究了一種并聯(lián)混合型有源電力濾波器的電路結(jié)構(gòu)，這種電路結(jié)構(gòu)下有源濾波器的容量很小，甚至小于補(bǔ)償對象(諧波源負(fù)載)容量的1%，這就使得并聯(lián)型有源電力濾波器的應(yīng)用范圍可擴(kuò)展到大功率應(yīng)用場合。這種并聯(lián)混合型濾波器的電路結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。系統(tǒng)包括無源濾波器、有源濾波器和控制系統(tǒng)三部分。其中無源濾波器由若干個單調(diào)諧支路和高通濾波器組成，圖3.1中設(shè)置了5

23、次和7次三相全控整流橋負(fù)載（諧波負(fù)載），容量為50kva，還設(shè)置了5次和7次兩條純調(diào)諧濾波器支路和高通濾波器支路。有源濾波器與一個附加小電感l(wèi)a通過耦合變壓器串入無源濾波器中。耦合變壓器可以起到隔離、匹配pwm變流器的電壓與電流容量的作用。諧波抑制和無功補(bǔ)償主要由無源濾波器來完成，而apf的作用是改善無源濾波器的濾波特性和抑制電網(wǎng)與無源濾波器之間可能發(fā)生的諧振。圖3.1 并聯(lián)混合型有源電力濾波器電路圖其中，apf被控制為一個諧波電流源。所以，基波無功電流被強(qiáng)迫流過附加電感l(wèi)a，從而apf中只流過諧波電流。由于無源濾波器被配置為純調(diào)諧，apf不承受諧波電壓。又由于la與無源濾波器相比基波阻抗很小

24、，因此它兩端所占基波電壓很小，因此apf承受電壓很小。所以apf的容量可以做到很小。當(dāng)apf過流或發(fā)生故障時，借助于快速熔斷器，apf可以迅速脫離整個濾波系統(tǒng)，而零偏無源濾波器和頻偏電感l(wèi)a組成的濾波系統(tǒng)還可以正常工作，不至于對電網(wǎng)造成大的沖擊。這一點在工程應(yīng)用上是非常重要的。因此，這種新型混合濾波器具有很強(qiáng)的實用性。3.2主電路參數(shù)設(shè)計3.2.1無源濾波器的參數(shù)設(shè)計在并聯(lián)混合型有源電力濾波系統(tǒng)中，無源濾波器補(bǔ)償電網(wǎng)中的大部分諧波及無功電流，因此它是系統(tǒng)的一個重要組成部分。無源濾波器的設(shè)計較有源濾波器而言要簡單，設(shè)計時，要考慮是否經(jīng)濟(jì)，是否符合技術(shù)指標(biāo)。除對不同的無源濾波器類型考慮不同的參數(shù)外

25、，設(shè)計濾波裝置還應(yīng)考慮2：(1) 單調(diào)諧濾波器的諧振頻率會因電容、電感參數(shù)的偏差或變化而改變，電網(wǎng)頻率會有一定的波動，這將導(dǎo)致濾波器失諧；(2) 電網(wǎng)阻抗變化會對濾波裝置尤其是其中的單調(diào)諧濾波器的濾波效果有較大影響，而更為嚴(yán)重的是，電網(wǎng)阻抗與濾波器有發(fā)生并聯(lián)諧振的可能，設(shè)計時必須充分予以考慮。根據(jù)以上要求，設(shè)計濾波裝置的一般步驟如下:(1) 準(zhǔn)備設(shè)計的原始數(shù)據(jù)，包括估算系統(tǒng)中諧波源向電力系統(tǒng)注入的各次諧波電流，進(jìn)行諧波阻抗分析，確定應(yīng)提供的無功補(bǔ)償容量大小等；(2) 確定濾波裝置的構(gòu)成；(3) 濾波裝置中各濾波器的初步設(shè)計，初步確定各單調(diào)諧濾波器、高通濾波器中各元?dú)饧?shù)、容量等；(4) 濾波

26、裝置的最后確定， 這包括計算濾波器之間的影響，校核濾波裝置是否滿足諧波抑制的要求，對系統(tǒng)進(jìn)行諧波潮流計算，對不同方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析等。本文所研究的系統(tǒng)，要求的補(bǔ)償容量較小，且諧波負(fù)載固定。負(fù)載為三相全控橋式整流電路的交流側(cè)電流，負(fù)載電流中主要含有5次、7次及高次諧波，因而總電路中的無源濾波器主要由5次濾波器，7次濾波器及高通濾波器組成，主要根據(jù)所要補(bǔ)償?shù)臒o功及各次諧波電流大小確定其各個元件的參數(shù)。(1) 單調(diào)諧濾波器的參數(shù)單調(diào)諧濾波器中的電容值計算公式為： （3.1）式中p和h分別為電容電感的單位容量成本，為基波相電壓，為次諧波電流，為與電容有關(guān)的數(shù)。因為n=1/，則電感的計算公式為: （3.2

27、）(2) 高通濾波器的參數(shù)本系統(tǒng)中采用二階高通濾波器濾除次以上的諧波電流，其濾波特性由以下兩個參數(shù)描述： （3.3） （3.4）式中為截止頻率。在頻率的頻率范圍內(nèi)，是一個與品質(zhì)因數(shù)有關(guān)的參數(shù)，一般在之間取值。電阻和電感的計算公式如下： （3.5） （3.6）取截止頻率為9次，計算可得高通濾波器的參數(shù)。由上述經(jīng)驗公式我們可以得出無源部分的參數(shù):5次部分: c=51uf, l=11.9mh7次部分: c=25.1uf, l=14.9mh高通部分: c=27.ouf, l =9.5mh, r =12.9(3) 附加電感l(wèi)a的確定 附加電感l(wèi)a值的選取對整個系統(tǒng)、無源濾波器單獨(dú)工作的濾波效果以及apf

28、容量都有重要影響。從系統(tǒng)工作穩(wěn)定性出發(fā)，首先要保證系統(tǒng)無源部分單獨(dú)工作時不易與電網(wǎng)發(fā)生諧振。這就要求根據(jù)lc濾波支路的參數(shù)選取la的值，保證包括附加電感l(wèi)a在內(nèi)的無源部分有一定的頻偏。其次，在不發(fā)生諧振的情況下無源部分要有較好的濾波效果。另外，從減小apf容量出發(fā)，又要求附加電感l(wèi)a的值盡量要取得小一些來減小其上分得的基波電壓。顯然，上述要求之間是存在矛盾的，在選擇時要根據(jù)具體情況和性能指標(biāo)進(jìn)行選擇。在穩(wěn)定性和濾波性能指標(biāo)要求較高的場合下可以適當(dāng)犧牲apf容量來保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和更好的濾波效果。在對濾波指標(biāo)要求較低而容量較大的場合，當(dāng)滿足基本濾波要求時，可通過選擇較小的la來減小apf的容量

29、。3.3.2有源濾波器的參數(shù)設(shè)計(1) 主電路電力電子器件的選擇在實際應(yīng)用中，為了使有源電力濾波器的補(bǔ)償電流能快速地跟隨指令電流的變化，必須根據(jù)實際補(bǔ)償要求選擇開關(guān)速度快的器件。同時，要根據(jù)有源電力濾波器容量的大小來選取器件的電壓和電流等級。目前有源電力濾波器主電路所采用的電力電子器件多為gto和igbt。對于100kva以上大容量的有源電力濾波器一般采用gto作為其主電路的可控開關(guān)器件，但因其工作頻率較低，對較高次諧波的補(bǔ)償效果較差。對于100kva以下中、小容量的有源電力濾波器，一般選用igbt。igbt器件的容量和控制手段等方面具有一定的優(yōu)勢，可用于大容量的有源電力濾波器，但目前較高的價

30、格可能限制其使用范圍。有源電力濾波器主電路器件的電壓是根據(jù)主電路直流側(cè)電容電壓值并考慮一定的裕量來選取的。器件的電流可根據(jù)最大補(bǔ)償電流值并考慮一定的裕量來選取。器件的工作頻率由實際補(bǔ)償對象和具體補(bǔ)償要求來確定。(2) 主電路直流側(cè)電壓計算和電容選取有源電力濾波器正常工作時，輸出的補(bǔ)償電流在指令電流兩側(cè)呈鋸齒波狀跟隨其變化。由有源電力濾波器的數(shù)學(xué)模型，對于a相有： （3.7）當(dāng)(為a相指令電流)，有源電力濾波器a相橋臂的上開關(guān)器件應(yīng)該導(dǎo)通，下開關(guān)器件應(yīng)該關(guān)斷。為1/3或2/3時。若取為1/3，則 （3.8）要使實際補(bǔ)償電流更好地跟蹤，此時必須增大，即 （3.9）也就是 （3.10）考慮到最嚴(yán)重的

31、情況 （3.11）即主電路直流側(cè)電壓值應(yīng)大于有源電力濾波器與供電系統(tǒng)連接點的相電壓峰值的3倍。在此基礎(chǔ)上直流側(cè)電壓越大，補(bǔ)償電流的跟隨性能越好，但器件耐壓要求也越高，因此要綜合考慮.結(jié)合開關(guān)元件的開關(guān)頻率和控制策略，算出直流側(cè)的電壓: ，即取直流側(cè)電壓為650v，波動值為50v，即當(dāng)直流側(cè)電壓為600v時也能滿足補(bǔ)償要求。有源電力濾波器在實際運(yùn)行時很難將主電路直流側(cè)電壓控制在某一恒定值。直流側(cè)電壓波動的根本原因在于補(bǔ)償電流在交流電源和有源電力濾波器之間的能量脈動。如果電容值選擇得過小，主電路直流側(cè)電壓波動就會過大，影響有源電力濾波器的補(bǔ)償效果；而如果電容值選擇過大，則主電路直流側(cè)電壓動態(tài)響應(yīng)變

32、慢，電容體積和造價也會增加?？紤]到有源電力濾波器在正常工作時直流側(cè)電容始終工作在充放電狀態(tài)。假設(shè)在某一pwm周期內(nèi)電容始終處于充電或放電狀態(tài)，直流側(cè)電容電壓的最大允許偏離設(shè)定值為，則有 （3.12）所以 （3.13）式中為直流側(cè)電容值，為pwm脈沖的頻率， 為通過電容的電流最大值在本文構(gòu)造的系統(tǒng)中，通過計算得出直流側(cè)電容容量為1000uf(3) 主電路交流側(cè)電抗器的選取有源電力濾波器的補(bǔ)償特性主要取決于輸出補(bǔ)償電流對于補(bǔ)償指令電流的跟蹤控制能力。因此主電路交流側(cè)電抗器的取值應(yīng)保證有源電力濾波器具有跟隨指令電流最大變化率的能力。電抗器最大取值的計算由有源電力濾波器的數(shù)學(xué)模型，對于a相有 （3.1

33、4）若則有： （3.15）如果有源電力濾波器能跟隨指令電流最大變化率，需要有 （3.16）所以主電路電抗器的最大值為 （3.17）上式中，對于不同的諧波源和不同的補(bǔ)償要求，補(bǔ)償指令電流是不盡相同的，其中最大電流變化率與補(bǔ)償電流的具體表達(dá)式形式密切相關(guān)。相關(guān)資料中給出了計算的經(jīng)驗公式： （3.18）上式中為基波電流頻率，且 （3.19）其中為補(bǔ)償指令電流有效值。 電抗器最小取值的計算如果電抗器取值過小，則會使補(bǔ)償電流的紋波過大， 從而影響有源電力濾波器的補(bǔ)償效果。因此電抗器的最小取值應(yīng)主要由主電路開關(guān)器件所產(chǎn)生的紋波來決定，電抗器的作用是將其在補(bǔ)償電流上產(chǎn)生的紋波限制在一定范圍內(nèi)。若有源電力濾波

34、器的實際輸出電流中偏離指令電流的最大允許值為則 （3.20）由式(3.14),(3.15)有 （3.21）那么 （3.22） （3.23）以上各式中為pwm脈沖頻率。在對有源電力濾波器的參數(shù)進(jìn)行計算時，可根據(jù)式（3.17)和(3.23)并結(jié)合實際情況對交流側(cè)電抗器的參數(shù)進(jìn)行選取和調(diào)整。有時根據(jù)式(3.17)計算出的比根據(jù)式(3.23)計算出來的還要小很多，這看起來是矛盾的。但是一般情況下按式(3.17)計算出的最大值是偏小的，而按式(3.23)計算的最小值是偏大的。同時，從有源電力濾波器工作角度來講，保證補(bǔ)償電流跟隨指令電流的變化與限制補(bǔ)償電流紋波本身就是矛盾的。解決辦法是以犧牲限制補(bǔ)償電流中

35、紋波電流為代價，而盡可能首先保證補(bǔ)償電流跟蹤指令電流的變化，如果補(bǔ)償電流中的紋波過大，可另加紋波濾波裝置。在本文構(gòu)造的系統(tǒng)中，假設(shè)要濾除90%的開關(guān)頻率諧波電壓，根據(jù)上文的公式計算， 則l=27.9mh。主電路各部分的結(jié)構(gòu)參數(shù)如表3.1所示。表3.1 總電路結(jié)構(gòu)參數(shù)表5次=51uf,=11.9mh7次=25.1uf, =14.9mh高通濾波器=27uf, =9.5mh, =12.9lala=0.1mh平波電容=0.1uf平波電感=27.9mhapf支流側(cè)電容1000uf第4章 并聯(lián)型混合濾波器控制系統(tǒng)的設(shè)計本章介紹了并聯(lián)混合濾波器的通用網(wǎng)側(cè)數(shù)學(xué)模型和幾種實用的控制策略，如根據(jù)電源諧波電流來控制

36、、根據(jù)負(fù)載諧波電流來控制等等，且在其中選擇了根據(jù)負(fù)載諧波電壓來控制有源濾波器諧波電壓的方式做為本章的主要控制策略。這種策略的優(yōu)點是能夠自動調(diào)整阻抗值順應(yīng)電網(wǎng)諧波阻抗的變化。控制系統(tǒng)采用基于tms320lf2407(以下簡稱為f2407)芯片的控制系統(tǒng)對并聯(lián)型混合濾波器進(jìn)行控制。另外，還選用了hl402集成電路對igbt進(jìn)行隔離保護(hù)。有關(guān)dsp的設(shè)計中，器件的正確選擇非常重要。應(yīng)按照以下原則8來進(jìn)行選擇：(1) 數(shù)字部分的計算精度(即dsp和單片機(jī)的位數(shù))要滿足有源濾波器的要求；(2) 實時性要求，即器件的工作頻率要足夠高、數(shù)字部分的計算能力和計算速度要足夠快；(3) 通用性問題，在設(shè)計中采用的

37、芯片應(yīng)該是現(xiàn)今和日后數(shù)年內(nèi)有市場供貨的型號，對今后設(shè)計進(jìn)行改進(jìn)時避免變化芯片而導(dǎo)致芯片的兼容問題；(4) 成本問題，設(shè)計中因為要選用較多的數(shù)字芯片，所以存在一個設(shè)計成本和有源濾波器的硬件實現(xiàn)問題。有源濾波器的價格比傳統(tǒng)的濾波器要貴幾倍甚至幾百倍，所以在我國有源濾波器一直沒有被人們重視和廣泛推廣。因此在設(shè)計有源濾波器時必須認(rèn)真考慮成本問題，采用性價比高的芯片。4.1 控制策略對于并聯(lián)混合型有源電力濾波器，有一個通用的電氣模型，它的電路圖如圖4.1所示：圖4.1 并聯(lián)混合型有源濾波器的通用網(wǎng)側(cè)模型圖中的和在此分別代表網(wǎng)側(cè)等效輸出濾波電容和無源濾波器組，、分別為電源諧波電阻、電流和電壓，、為有源濾波

38、器諧波電流和電壓，、為負(fù)載諧波電壓和電流。對此通用電氣模型可采用的控制策略有：(1) 根據(jù)濾波器支路電流來控制。這種方法實質(zhì)上等效于控制有源電力濾波器來改善無源支路的諧波阻抗特性；(2) 根據(jù)電源諧波電流來控制。這種控制策略相當(dāng)于在電網(wǎng)上增加了一個可調(diào)的諧波阻抗，可以通過控制有源電力濾波器來增大電網(wǎng)諧波阻抗；(3) 根據(jù)負(fù)載諧波電流來控制，這種控制策略實質(zhì)上等效于通過控制有源電力濾波器在改善無源濾波器的同時，又增大電網(wǎng)諧波阻抗。(4) 根據(jù)負(fù)載諧波電壓來控制。本文采用這種控制方式控制有源濾波器，先介紹其推導(dǎo)過程：控制負(fù)載諧波電壓，實際上是控制。由圖4.1的數(shù)學(xué)模型結(jié)合基爾霍夫定律，可以得到：

39、（4.1）化簡為： （4.2）由式(4.2)反推等效電路圖4.2如圖所示：圖4.2 采用負(fù)載諧波電壓控制方式時系統(tǒng)的等效電路圖此時有源濾波器的控制效果是使得電網(wǎng)的諧波阻抗增大，這種阻抗跟電網(wǎng)阻抗呈線性關(guān)系能夠自動跟隨系統(tǒng)阻抗的變化。當(dāng)控制時，能夠有效抑制電網(wǎng)阻抗波動時對濾波器和負(fù)載的影響，同時消除電網(wǎng)諧波電壓的影響。4.2 基于tms320lf2407的檢測控制系統(tǒng)tms320lf2407的主要特點有：(1) 采用高性能靜態(tài)cmos技術(shù)，使得供電電壓降為3.3 v，減少了控制器功耗；30mips 的執(zhí)行速度使得指令周期縮短到33ns(30mhz)，從而提高了控制器的實時控制能力，通過采用片內(nèi)集

40、成外圍設(shè)備方案，在結(jié)構(gòu)上含有傳統(tǒng)處理器(mcus)和多種外圍芯片；(2) 有高達(dá)32k字的片內(nèi)flash程序存儲器，高達(dá)1.5k字的數(shù)據(jù)、程序ram,544字雙口ram(daram)和2k字的單口ram(saram)；(3) 兩個事件管理器模塊eva和evb，每個包括：兩個16位通用定時器；8個16位的脈寬調(diào)制(pwm)通道。能夠?qū)崿F(xiàn)：三相反響器控制；pwm的對稱和非對稱波形；可迅速關(guān)閉pwm通道;可編程的pwm死區(qū)控制以防止上下橋臂同時輸出觸發(fā)脈沖；三個捕獲單元；片內(nèi)光電編碼器接口電路；16通道a/d轉(zhuǎn)換器；(4) 外接1/0端口豐富，可擴(kuò)展的外部存儲器總共有192k字的空間；(5) 有5個

41、外部中斷(兩個驅(qū)動保護(hù)、復(fù)位和兩個可屏蔽中斷)；(6) 高達(dá)40個可單獨(dú)編程或復(fù)用的通用輸入/輸出引腳(gpio)。以上的性能特點使f24x系列dsp控制性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)的16位微控制器和微處理器。同時，f24x器件的16位定點dsp內(nèi)核為控制系統(tǒng)設(shè)計提供了一個不犧牲系統(tǒng)精度和性能的高性能解決方案。tms320lf2407檢測控制子系統(tǒng)主要包括a/d，d/a，a/d調(diào)理電路、日歷時鐘、鍵盤顯示等功能單元。下面對部分單元作簡單介紹：tms320lf2407pwm輸出互鍵保護(hù)下位機(jī)鍵盤顯示a/dd/a串行通訊圖4.3 有源濾波器控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖4.1.1 a/d功能單元有源濾波器通過實時采集三相

42、電源電壓、電流和負(fù)載電流來計算出指令電流，由于采用數(shù)字化控制，算法復(fù)雜，而又對實時性、快速性和精確性有很高的要求，為了避免電流、電壓采樣時間不一致引起有功或無功測量誤差，選用了ad7859對各相電壓電流同時采樣。4.1.2 d/a功能單元由于控制算法均由軟件構(gòu)成，各中間變量無法用示波器觀測，而f2407片內(nèi)沒有d/a，因此選用了ad7841作為系統(tǒng)d/a輸出單元，將中間變量轉(zhuǎn)變?yōu)槟M信號輸出，便于系統(tǒng)調(diào)試和監(jiān)控。4.1.3 a/d信號調(diào)理電路為保證在a/d轉(zhuǎn)換過程中被轉(zhuǎn)換信號保持不變，必須在a/d自帶多路信號切換技術(shù)和采用模擬多路開關(guān)方式的同時，在a/d轉(zhuǎn)換前加入調(diào)理電路。圖4.4 a/d信號

43、調(diào)理電路 圖4.2為交流電壓、電流信號的調(diào)理電路。a/d調(diào)理電路中運(yùn)算放大器為lm258，lm258由兩個獨(dú)立的、高增益的、含內(nèi)在頻率補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)算放大器，采用雙電源供電。 lm258有正負(fù)兩個輸入信號，這樣可以消除共模信號。器件bat54s主要作用是將電壓鉗制在ov-3.3v內(nèi)，起到保護(hù)作用。4.1.4 日歷功能單元本系統(tǒng)采用epson公司推出的日歷時鐘芯片rx8580，該芯片是內(nèi)含i2c總線接口功能的具有低功耗的多功能時鐘/日歷芯片。4.2隔離驅(qū)動電路絕緣柵雙極型場效應(yīng)管igbt的驅(qū)動問題是制約其應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一。驅(qū)動電路性能不好，常常會造成功率igbt的擊穿和損壞。本文采用hl402a/

44、bigbt驅(qū)動集成電路。它具有先降柵壓、后軟關(guān)斷的雙重保護(hù)功能，其降柵壓延遲時間、降柵壓時間、軟關(guān)斷斜率均可通過外接電容器進(jìn)行整定，因而能適應(yīng)不同飽和壓降igbt的驅(qū)動和保護(hù)。hl402是n溝道大功率igbt模塊的驅(qū)動電路，能驅(qū)動600v/300a和1200v/150a的igbt。由于hl402內(nèi)含一個具有靜電屏蔽層的高速光耦合器，因而可以實現(xiàn)信號隔離，它抗干擾能力強(qiáng)，響應(yīng)速度快，隔離電壓高。并具有對被驅(qū)動功率igbt進(jìn)行降柵壓、軟關(guān)斷的雙重保護(hù)功能。在軟關(guān)斷及降柵壓的同時還將輸出報警信號，以實現(xiàn)對封鎖脈沖或分?jǐn)嘀骰芈返谋Ｗo(hù)。它的輸出驅(qū)動電壓幅值很高，其正向驅(qū)動電壓可達(dá)15-17v，負(fù)向驅(qū)動電

45、壓可達(dá)10-12v。第5章 主電路的軟件仿真5.1 matlab仿真軟件介紹matlab是功能強(qiáng)大的科學(xué)及工程計算軟件，它不但具有以矩陣計算為基礎(chǔ)的強(qiáng)大數(shù)學(xué)計算和分析功能，而且還具有豐富的可視化圖形表現(xiàn)功能和方便的程序設(shè)計能力。matlab的應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，除數(shù)學(xué)計算和分析外，還被廣泛地應(yīng)用于自動控制、系統(tǒng)仿真、數(shù)字信號處理、圖形圖象分析、數(shù)理統(tǒng)計、人工智能、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、通信工程、金融系統(tǒng)等領(lǐng)域，因此，matlab是面向21世紀(jì)的計算機(jī)程序設(shè)計及科學(xué)計算的軟件。matlab的特點如下：(1) 語言簡潔緊湊，使用方便靈活，庫函數(shù)極其豐富。matlab程序書寫形式自由，利用豐富的庫函數(shù)避開繁雜

46、的子程序編程任務(wù)，壓縮了一切不必要的編程工作。由于庫函數(shù)都由本領(lǐng)域的專家編寫，用戶不必?fù)?dān)心函數(shù)的可靠性。可以說，用matlab進(jìn)行科技開發(fā)是站在專家的肩膀上； (2) 運(yùn)算符豐富。由于matlab是用c語言編寫的，matlab提供了和c語言幾乎一樣多的運(yùn)算符，靈活使用matlab的運(yùn)算符將使程序變得極為簡短； (3) matlab既具有結(jié)構(gòu)化的控制語句（如for循環(huán)，while循環(huán)，break語句和if語句），又有面向?qū)ο缶幊痰奶匦裕?(4) 程序限制不嚴(yán)格，程序設(shè)計自由度大。例如，在matlab里，用戶無需對矩陣預(yù)定義就可使用； (5) 程序的可移植性很好，基本上不做修改就可以在各種型號的計

47、算機(jī)和操作系統(tǒng)上運(yùn)行； (6) matlab的圖形功能強(qiáng)大。在fortran和c語言里，繪圖都很不容易，但在 matlab里，數(shù)據(jù)的可視化非常簡單。matlab還具有較強(qiáng)的編輯圖形界面的能力； (7) matlab的缺點是，它和其他高級程序相比，程序的執(zhí)行速度較慢。由于matlab的程序不用編譯等預(yù)處理，也不生成可執(zhí)行文件，程序為解釋執(zhí)行，所以速度較慢； (8) 功能強(qiáng)大的工具箱是matlab的另一特色。matlab包含兩個部分：核心部分和各種可選的工具箱。核心部分中有數(shù)百個核心內(nèi)部函數(shù)。其工具箱又分為兩類：功能性工具箱和學(xué)科性工具箱。功能性工具箱主要用來擴(kuò)充其符號計算功能，圖示建模仿真功能，

48、文字處理功能以及與硬件實時交互功能。功能性工具箱用于多種學(xué)科。而學(xué)科性工具箱是專業(yè)性比較強(qiáng)的，如control toolbox，single processing toolbox，communication toolbox等。這些工具箱都是由該領(lǐng)域內(nèi)學(xué)術(shù)水平很高的專家編寫的，所以用戶無需編寫自己學(xué)科范圍內(nèi)的基礎(chǔ)程序，而直接進(jìn)行高、精、尖的研究； (9) 源程序的開放性。開放性也許是matlab最受人們歡迎的特點。除內(nèi)部函數(shù)以外，所有matlab的核心文件和工具箱文件都是可讀可改的源文件，用戶可通過對源文件的修改以及加入自己的文件構(gòu)成新的工具箱。5.2 仿真參數(shù)的確定由前章可以知道，無源濾波器由

49、5次和7次兩條純調(diào)諧lc濾波器、高通濾波器以及附加電感l(wèi)a組成，其參數(shù)如表5.1所示。仿真系統(tǒng)中，設(shè)置輸入電壓為220v。諧波電流源為帶阻感負(fù)載的單相橋式整流電路。表5.1 無源部分參數(shù)5次單調(diào)諧濾波器，7次單調(diào)諧濾波器，高通濾波器，另外，附加電感l(wèi)a=0.1mh，負(fù)載容量為50kva。有源濾波器直流側(cè)電容容量為1000uf。5.3 仿真結(jié)果利用matlab仿真軟件分別對未投入濾波器、投入了無源濾波器和投入并聯(lián)混合型有源電力濾波器三種情況進(jìn)行仿真，得到如圖5.2、圖5.3和圖5.4的仿真波形圖。從圖5.2中可以看出電網(wǎng)電流發(fā)生了嚴(yán)重的畸變含有很大的諧波成分，其中5次和7次諧波所占比重最大，需要

50、對其進(jìn)行補(bǔ)償。5.2 未投入濾波器前電網(wǎng)電流的波形圖5.3表明投入無源濾波器后網(wǎng)側(cè)電流波形有一定的改善，但是還是存在一定程度的畸變，所以無源電力濾波器起到了一定的濾波作用，但是濾波效果不理想，需要進(jìn)一步的補(bǔ)償。5.3 投入無源濾波器后的電網(wǎng)電流波形圖5.4表明投入有源濾波器和無源濾波器后網(wǎng)側(cè)電流波形得到非常大的改善，已經(jīng)非常接近正弦波形，并且諧波含量只有3%，達(dá)到國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。5.4 投入并聯(lián)混合型濾波器后電網(wǎng)電流的波形上述仿真實驗的結(jié)果表明由無源濾波器和有源濾波器構(gòu)成的并聯(lián)混合型濾波器具有優(yōu)良的濾波特性能，在濾波效果上大大優(yōu)于單獨(dú)使用的無源濾波器，同時在應(yīng)用范圍和造價上又優(yōu)于單獨(dú)使用的有源濾

51、波器，是一種值得推廣的濾波方式。結(jié) 論本文首先介紹了諧波的危害和諧波抑制與無功補(bǔ)償方面的情況。接著通過對無源濾波器和有源濾波器的客觀比較，闡明了混合型濾波器在諧波抑制上的研究意義。最后研究了一種先將無源濾波器并聯(lián)入網(wǎng)再將有源濾波器與無源部分串聯(lián)的混合型濾波器，并對它的電路結(jié)構(gòu)和元件參數(shù)作了分析研究和討論。本文的主要工作及結(jié)論如下：(1) 研究了并聯(lián)混合型濾波器主電路結(jié)構(gòu)，根據(jù)主電路結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)設(shè)計了無源部分和有源部分的參數(shù)；(2) 介紹了三相電路瞬時無功功率和基于此理論的諧波電流檢測方法；(3) 完成了混合濾波器硬件控制系統(tǒng)的主體設(shè)計。在硬件系統(tǒng)構(gòu)成的芯片選型、信號調(diào)理等方面作了很多工作

52、；(4) 采用了根據(jù)負(fù)載諧波電壓確定有源濾波器諧波電壓的控制策略；(5) 利用matlab仿真軟件對主電路進(jìn)行了仿真研究，仿真的結(jié)果表明由無源濾波器和有源濾波器混合構(gòu)成的混合濾波器具有優(yōu)良的濾波性能，在濾波效果上優(yōu)于單獨(dú)使用的無源濾波器?；趖ms320lf2407的并聯(lián)混合型有源電力濾波器，在結(jié)構(gòu)上是合理的，同時也滿足給定條件下的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上的要求。但由于時間上的原因，本文所研究的并聯(lián)混合型有源濾波器系統(tǒng)的部分特性有待進(jìn)一步提高。致 謝本文是在肖申平教授的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的，肖教授嚴(yán)謹(jǐn)、求實、一絲不茍的治學(xué)精神使我受益非淺，對我今后學(xué)習(xí)工作產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。在此謹(jǐn)向肖教授致以最誠摯的謝

53、意和最崇高的敬意。 在論文的寫作過程中參考了大量的資料，其中很多資料是完成本論文的關(guān)鍵性材料，在此，也向這些文章的作者表示深深的謝意，是他們的開拓性工作給了我深入研究的基礎(chǔ)。 在論文撰寫和修改的時候，我也得到了幾位專家教授的親切指導(dǎo)，他們幫我分析了論文存在的一些問題和不足，并且給了一定的參考意見和修改措施。在此，我也向這幾位和藹可親的長輩表示由衷的感謝。最后，也對給我關(guān)懷和鼓舞的電氣031班的各位同學(xué)致敬，是你們在我漫長的學(xué)習(xí)道路上給我信心和勇氣。謝謝大家！學(xué)生簽名：日 期：參考文獻(xiàn)1王兆安,楊君,劉進(jìn)軍.諧波抑制和無功功率補(bǔ)償m.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1998. 2徐永海，肖湘寧，楊以涵.低成本混合濾波方案及特性分析.中國電機(jī)工程學(xué)報，1999，19(12):5-8 3李圣清，朱英浩，周有慶，何立志.電網(wǎng)諧波檢測方法的綜述.高壓電技術(shù)，2004,10(5):10-134謝運(yùn)祥，唐中琦.電力有源濾波器及其應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展j.電工技術(shù),2004(4):1-3.5劉進(jìn)軍，劉波，王兆安.基于瞬時無功功率理論的串聯(lián)混合型單相電力濾波器.中國電機(jī)工程學(xué)報，1997，13(7