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评“有源滤波器同相供电技术”
成都供电段龚学长
本文论述了现有“有源滤波器的同相供电技术”的原理和存在问题，提出了在牵引供电系统中，采用16.6667HZ和高压直流供电方式的原理及其优缺点。
一、有源滤波器的同相供电技术原理：
有源滤波器的同相供电技术原理如图1。图1中SS为各牵引变电所的牵引变压器；T 、R 、F 分别表示牵引网的接触线、钢轨和正馈线；PP为平衡变换装置。
平衡变换装置的原理如图2。牵引变压器SS的ac相输出的55kV交流电压，经T1变压器降压后，输给由S5-S8组成的PWM 变流器，该变流器采用相位与ac相相同的正弦波电流对电容器C进行充电。S1-S4为逆变器，它将电容器C上的直流电压逆变为与bd相频率和相位相同，经T2升压后电压幅值也相同的交流电压，并接于bd相上，从而实现三相变单相功能。
图1中，各牵引变电所高压侧引入电力系统的电压相位相同，因此次边bd相输出的电压相位也相同，从而实现同相供电方式。有关有源滤波器的同相供电技术祥细原理见“基于斯科特变压器的新型同相AT 牵引供电系统”一文。
由于有源滤波器的同相供电技术采用了数字式变流器技术，变流器还可以提供负载所需的谐
波电流和无功电流分量，使牵引变电所不向电力系统反送谐波电流和无功电流。
二、现有同相供电技术的缺点：
从理论上讲，有源滤波器的同相供电技术是可行的，但是有源滤波器的同相供电技术的作者忽略了供电系统的环流问题。
牵引供系统如图3所示。图中上部份为电力系统，A1—A3为发电厂，经220kV或110kV输电线路联网；f1—f8为电力系统中的用户。下半部份为同相牵引供电系统，q1—q5为牵引变电所，各牵引变电所输出的bd相分别联接在接触网、正馈线和钢轨上，ac相经有源整流和逆变后并接于bd相上。
牵引变电所q1、q5位于发电厂附近，q3位于电力系统输电线的末端。根据供电标准“35kV 及以上高压供电线路，电压正负偏差的绝对值之和不超过额定电压的10%”。因此发电厂首端电压可以在额定电压至1.1倍额定电压下长期运行，线路末端电压可以在额定电压至0.9倍额定电压下长期运行，两端电压差ΔU1、ΔU2最大可达线路额定电压的20%（见图4）。
由图4可知，当电力系统输电线路产生电压降ΔU1和ΔU2后，使q1、q5至q3牵引变压器二次侧的输出电压也同样产生电压差Δu1和Δu2。当电力系统输电线路的ΔU为额定电压的20%时，q1、q5与q3牵引变压器的bd相输出电压差Δu也是牵引变压器次边额定电压的20%。使q1（q5）降压后输出电压经接触网和正馈及q3牵引变压器次边形成环流i1和i2。i1和i2经q3所升压后向系统输出电流，这时牵引网供电系统等效为电力系统的一条电压等级低一级的并联输电线路。
图 3
从能量上来讲，q 1和q 5的输入能量和q 3的输出是相等的，只是增加了牵引供电系统的损耗。但是在牵引变电所计量中，电力系统是严禁牵引供电系统反向供电的，目前的计量系统都只计牵引变电所的输入电能。也就是当形成环流时，在q 1、q 5中有输入电能计量，q 3所没有输出电能计量，这样就使牵引供电的计量大大增加。
当牵引网中有牵引负荷电流，使牵引网两地之间的电压差大于或等于电力系统输线路的电压差时，这种环流就不成在了。因为牵引负荷的不均匀性，空载运行的机率很大，特别是高速客专线夜间不开列车运行，而夜间往往又是电力系统重负荷较多时段，必将在牵引网中形成环流。下面以AT 供电为例来说明环流电能的损耗。
设q 1、q 5至q 3的距离为200km ，接触网和正馈线之间的额定电压为55kV ，接触网和正馈线之间的线路阻抗为0.8Ω/km ，电力系统负荷的功率因数为0.9，牵引变压器的容量为60000 kV A ，变压器的短路电压百分数ud=10.5%，牵引变压器折算至55kV 的阻抗X b 为：
X b =10.5/100×550002×2/60000000=10.59(Ω)
q 1、q 5至q 3的接触网和正馈的阻抗为160Ω，当q 1、q 5至q 3的系统压降为20%，在接触网和正馈之间形成电压差为11 kV ，忽略系统阻抗，q 1、q 5的环流i 1、 i 2输出为：
i 1= i 2=11000/（X bq1+2 X bq3+160）
=11000/（10.59+21.18+160）
=57.36(A)
式中：X bq1—q 1牵引所牵引变阻抗，X bq3—q 3牵引所牵引变阻抗，
q 1、q 5在电力系统输入的有功功率P 为：
P=55×57.36×0.9=2839（kW ）
q 3所向电力系统输出的有功功率为5678 kW 。如果每天按8小时环流计算，则一年的环流损耗电能Q 为： 图
4
Q=5678×8×365=16579760（kWh）
相当于每公里电气化铁路每年多用约40000度电，每公里电气化铁路每年增加运行成本约40000元，这是一个不小的数据。
也许读者会说，在q3所减小牵引变压器变比，使母线电压调高，来实现控制环流问题。因为电力系统的负荷是变化的，系统两端的电压差也在变化，要彻底解决环流流问题是不可能的，要减少环流的投资和技术难度也是很大的。
三、16.66667HZ供电方式和高压直流供电方式的探讨：
1、16.66667HZ供电方式：
由于有源滤波器同相供电技术变流器的降压变T1和升压变T2容量之和与牵引变压的容量相等，变流器的有源整流和有源逆变的容量之和也与牵引变压的容量相等。因此将图2中的变流器改进为如图5所示的变流器。
图5中，T1为普通的Δ/Yn形牵引变压器，它直接将电力系统的220kV或110kV电压降压为变流器所需要的低压（1500V），经S1—S6组成的PWM 变流器对电容器C进行充电。S7—S10组成的PWM逆变器将C上的直流电压逆变为16.66667Hz单相电压，经T2升压为2×27.5Kv(AT供电)或27.5Kv(BT供电)电压。分别接于接触网、钢轨、正馈线（AT供电）或接触网、钢轨（BT 供电）上。
由于各牵引所的PWM逆变器可以跟踪牵引网上的电压、相位及频率，因此使各牵引所输出电压、相位及频率相同，各牵引变电所输出可以互相并联，从而实现同相供电功能。
该同相供电方式类似于德国的16又3分之二赫芝单相供电方式。
与有源滤波器的同相供电技术相比，16.66667HZ供电方式的优缺点：
（1）电源频率低，牵线网阻抗低，供电距离远。由于16.66667HZ供电方式的输出频率是有源滤波器的同相供电技术的三分之一，所以牵引网的阻抗是有源滤波器的同相供电技术的三分之一，因此具有线路压降小，供电距离远的优点。BT供电时牵引网阻抗（95mm2铜载流承力索、110mm2铜导线）约0.13Ω/km；供电距离可达40—60km，牵引变电所间距约80—120km，相当于有源滤波器的同相供电技术距离的两倍以上，与现有AT供电距离相同。当采用AT供电，折算至27.5Kv（接触网和钢轨）的牵引网阻抗约0.066667Ω，是有源滤波器的同相供电技术AT供电方式的三分之一，供电距离可达80—100km，牵引变电所间距约160—200km，是有源滤波器的同相供电技术AT供电方式距离的两倍以上。
（2）采用了PWM变流技术，可以补偿牵引系统的无功电流和谐波电流，功率因数近似于1，不向电力系统反送负序和谐波电流。
（3）如采用AT供电，AT变的安装距离比有源滤波器的同相供电技术远，可由现在的10km
左右一台AT 增加至20—30km 。
（4）与现有的有源滤波器的同相供电技术相比，少了一台降压变，但是增压变的容量是原方案的（图2）T 1和T 2之和。因此二次变压器的容量没有改变。
（5）由于每个牵引所有两台牵引变，一主一备用的运行方式，因此变流器也是两套，当一套有故障时，另一套可以互为替换。每一套变流器由多个容量和各参数相同的独立变流器屏并联运行，当某一个独立变流器屏发生故障时，只撤除该屏变流器运行，不影响整组变流器运行。同时各牵引变电所输出电压可以并联运行，即使一个牵引所的两套变流器全部撤除运行，也可以由两端牵引所同时并联向该段供电，因此牵引供电的可靠性高。
（6）16.66667HZ 供电方式的每组变流器容量比图2中大一倍，整流变流器和逆变变流器都是图2中的两倍。因此一次投资成本较大。
（7）牵引电力机车的牵引降压变压器、电流电压互感器、整流滤波器的参数要进行改进，使之适合于16.66667HZ 电源。
2、高压直流供电方式：
如图6所示，将牵引变电所27.5kV 、50HZ 的三相交流电压，整流后变为37.5kV 的直流电压，由接触网输送给运行中的电力机车，电力机车再将37.5kV 的直流电压进行三相变频逆变和降压至1500V 的交流电压后，输给牵引电动机，实现电力机车的变频调速（祥细论文见中国铁道论坛“论高速电气化铁路高压直流供电方式https://www.sodocs.net/doc/d17736164.html,/viewthread.php?tid=379580&extra=page%3D8”） 。
图 5
图 6
高压直流供电的优缺点：
（1）接触网的绝缘等级与现有的交流供电方式相等，不必进行绝缘改造。
（2）线路阻抗小、输送距离远。如果接触网导线采用150mm2的铜导线,承力索采用70mm2的铝包钢铰线，回流线(DN)或正馈线(AT)采用185mm2钢芯铝铰线。接触网的线路阻抗DN供电方式约0.5Ω/km，AT供电方式约0.2Ω/km，每一个供电臂约30～50km。采用高压直流输电后,接触网导线仍然采用150mm2的铜导线，承力索采用2×240mm2的铜铰线。由于少了正馈线和回流线，接触网的结构简单，直流输电牵引网的阻抗仅为0.0322Ω/km，供电距可达150—200km，牵引变电所的距离可达300—400 km。
（3）可以实现高速电气化铁路全线无电气分相，各牵引变电所并联向电力机车供电，电力机车可以不断开主断路器过电气分相。
（4）对通信线路的干扰小。由于高压直流输电中的电流为直流电流，接触网周围产生的是恒定不变的直流磁场和电场，正常情况下对附近平行的通信线没有电磁感应。其静电感应电势与交流供电方式相同。当接触网和通信线的对地高度均为6m，两线路的间距为100m时，静电感应电势约98V。常规的DN供电方式，仍以通信线路对接触网间距100m的平均接近距离，平行线路18km，当接触网中有电流800A时，电磁感应电势大于1000V。
（5）主变利用率高，运行成本低。在交流牵引供电方式下，往往要考虑到本供电臂最大负荷电流，以及主变容量的利用率，星／三角接线主变容量利用率为75%，阻抗平衡变压器在两相负荷电流相等时容量利用率才能达到100%，因此主变的容量都选得很大，变压器的利用率都＜20%。
（6）高速电气化铁路高压直流供电方式的缺点。高压直流供电的缺点主要是牵引变电所要有较复杂的换流设备用来将三相交流电压变换为直流高压。电力机车又要将37.5kV 的直流高压变频逆变为1500V的三相交流电压。同时在短路时，直流电流又不像交流电流有过零点自动熄弧的功能，断路器的结构要比交流断路器复杂。
（7）高压直流供方式电在电力系统已经有成熟的超高压输电技术，而对于37.5kV 的直流电压输电设备的断路器、电流电压互感器、牵引变电所的变流器和机车的高压逆变变流器等设备都要进行研究和开发生产，特别是用于机车的高压直流变频逆变器的小型化问题都要进行研究。
由于高压直流供方式具有供电距离远、主变利用率高、牵引网的结构简单、运行成本低、对通信干扰小，并实现全线无电气分相和电力机车不断主断路器过分相等显著优势，随着电力电子技术和高压直流输电技术的高速发展，在不远的将来，将高压直流输电技术应用到电气化铁路的牵引供中是可行和很有前途的。
四、三种供电方式的技术比较：
1、牵引网的供电距离：高压直流供电方式最远，其次是16.66667HZ供电方式，有源滤波器的同相供电技术最近。
2、技术难度：从牵引变电所的技术难度上来看，16.66667HZ和有源滤波器的同相供电技术的技术难度最大，因为现有的变流技术的电压都比较低，要降压后进行变流，然后再升压至高压，同时一个牵引变电所的变流容量又相当的大；高压直流输电有现有的电力系统高压直流输电的高压直流变流技术，牵引变电所的变流技术的可靠性比前两者都高，难度是机车高压直流变为低压变频交流变流器的小型化，要适应安装于机车上的问题。
3、工业产业化方向：有源滤波器的同相供电技术的技术对现有的牵引网、机车设备不进行改造；16.66667HZ供电技术要对现有机车的牵引变压器，机车整流器的滤波参数进行改造设计；高压直流供电方式的牵引变电所设备、机车的牵引变流设备都要进行工业产业化的变革。
4、对通信的干扰：高压直流供电方式最好，对通信的干扰小；在BT供方式下，16.66667HZ 方式比有源滤波器的同相供电技术对对通信的干扰小；AT供方式下，16.66667HZ比有源滤波器的同相供电技术对对通信的干扰大，因为前者的AT变安装距离比后都大，半段效应对通信的干扰就大。
5、牵引供电损耗：高压直流供电方式的损耗最小，16.66667HZ次之，由于有源滤波器的同相供电技术有系统环流损耗，因此最大。
6、牵引网的电气分段距离：高压直流供电方式和16.66667HZ供电方式可以做到全线仍至全国电气铁路都无电气分段，只设机械分段。而有源滤波器的同相供电技术要随着电力系统的分段而进行电气分段，因为电力系统间互相传送电能的发展方向是采用高压直流输联网，每个电力系统在相位、频率和电压上都有差异，因此在电力系统交界处的两个牵引变电所间的接触网上，必须设置电气分段。
综合上述比较，在电气铁路牵引供电中，高压直流供电方式最好，16.66667HZ供电方式次之，有源滤波器的同相供电技术再次之。目前、电力系统在远距离、大容量输电中，特别是系统
间的电能传送中，大都采用高压直流输电技术，随着电力电子技术的高速发展，大功率高电压变流元件的不断产生，研究电气化铁路高压直流供电方式是很有现实意义的。
本文完成于：二O一O年十二月
无源滤波器和有源滤波器(互联网+)
实验报告 课程名称：信号分析与处理 指导老师： 成绩： 实验名称：无源滤波器有源滤滤波器 实验类型： 同组学生姓名： 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 一、实验目的和要求 1. 熟悉滤波器的构成及其特性 2. 学会测量滤波器幅频特性的方法 二、实验内容和原理 滤波器的一般结构如图所示。图中的V i (t )表示输入信号，V o (t )为输出信号。 假设滤波器是一个线性时不变网络，则在复频域内有 式中A (s )是滤波器的系统函数，一般为复数。V o (s )和V i (s )分别对应输出、输入信号的拉普拉斯变换。对于实际频率（s =j w ）来说，有） ωφωω(j )j ()j (e A A =。这里ωωφ-)(为相 频特性。此外，在滤波器中关心的另一个量是时延特性ω ωφωτd ) (d )(- =。 通常用幅频也行来表征一个滤波电路的特性，欲使信号通过滤波器的失真很小，则相频和时延特性均需要考虑。当相频特性为线性，而时延特性为常数时，输出信号不失真。 对于幅频特性，通常把能够通过的信号频率范围定义为通带，而把受阻或衰减的信号频率范围称为阻带，通带和阻带的界限频率称为截止频率，实际滤波器的截止频率一般指归一化幅频特性在幅为0.707（-3dB ）时对应的频率，若以信号的幅值平方表示信号功率，则该频率对应的点为半功率点。 理想滤波器在通带内应具有零衰减的幅频特性和线性的相频特性，而在阻带内应具有无限大的幅度衰减。通常通带和阻带的相互位置不同，滤波器通常可分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器和全通滤波器等。 无源滤波器主要由R 、L 、C 构成。有源滤波器主要由运放、R 、C 构成，具有输入阻抗
无源滤波器设计
长沙学院 模电课程设计说明书 题目 系(部) 电子与通信工程系 专业(班级) 姓名 学号 指导教师 起止日期
数字电子技术课程设计任务书(11)系（部）：电子与通信工程系专业：电子信息工程
长沙学院课程设计鉴定表
目录 一．无源滤波器的简介 (5) 1.无源滤波器定义 (5) 2.无源滤波器的优点 (5) 3.滤波器的分类 (5) 4.无源滤波器的发展历程 (5) 二．无源滤波器的工作原理与电路与电路分析 (6) 1.工作原理 (6) 2.电路分析 (7) 三．设计思路及电路仿真 (11) 1.无源低通滤波器 (11) 2.无源高通滤波器 (11) 3.无源带通滤波器 (12) 4.无源带阻滤波器 (13) 四．设计心得与体会 (15) 五．参考文献 (15)
一．无源滤波器的简介 1.无源滤波器定义 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，最普通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（3、5、7）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。 2.无源滤波器的优点 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，至今仍是应用广泛的被动谐波治理方法。 3.滤波器的分类 ⑴按所处理的信号 按所处理的信号分为模拟滤波器和数字滤波器两种。 ⑵按所通过信号的频段 按所通过信号的频段分为低通、高通、带通和带阻滤波器四种。 低通滤波器：它允许信号中的低频或直流分量通过，抑制高频分量或干扰和噪声。 高通滤波器：它允许信号中的高频分量通过，抑制低频或直流分量。 带通滤波器：它允许一定频段的信号通过，抑制低于或高于该频段的信号、干扰和噪声。 带阻滤波器：它抑制一定频段内的信号，允许该频段以外的信号通过。 ⑶按照阶数来分 通过传递函数的阶数来确定滤波器的分类。 4.无源滤波器的发展历程 （1）1917年美国和德国科学家分别发明了LC滤波器，次年导致了美国第一个多路复用系统的出现。 （2）20世纪50年代无源滤波器日趋成熟。 （3）自60年代起由于计算机技术、集成工艺和材料工业的发展，滤波器发展上了一个新台阶，并且朝着低功耗、高精度、小体积、多功能、稳定可靠和价廉方向努力，其中小体积、多功能、高精度、稳定可靠成为70年代以后的主攻方向。导致RC有源滤波器、数字滤波器、开关电容滤波器和电荷转移器等各种滤波器的飞速发展； （4）到70年代后期，上述几种滤波器的单片集成已被研制出来并得到应用。 （5）80年代，致力于各类新型滤波器的研究，努力提高性能并逐渐扩大应用范围。 （6）90年代至现在主要致力于把各类滤波器应用于各类产品的开发和研制。 当然，对滤波器本身的研究仍在不断进行。
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。
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
有源和无源滤波器的区别
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。 无源滤波装置 该装置由电容器、电抗器，有时还包括电阻器等无源元件组成，以对某次谐波或其以上次谐波形成低阻抗通路，以达到抑制高次谐波的作用；由于SVC的调节范围要由感性区扩大到容性区，所以滤波器与动态控制的电抗器一起并联，这样既满足无功补偿、改善功率因数，又能消除高次谐波的影响。 国际上广泛使用的滤波器种类有：各阶次单调谐滤波器、双调谐滤波器、二阶宽颇带与三阶宽频带高通滤波器等。 1)单调谐滤波器：一阶单调谐滤波器的优点是滤波效果好，结构简单；缺点是电能损耗比较大，但随着品质因数的提高而减少，同时又随谐波次数的减少而增加，而电炉正好是低次谐波，主要是2～7次，因此，基波损耗较大。二阶单调谐滤波器当品质因数在50以下时，基波损耗可减少20～50％，属节能型，滤波效果等效。三阶单调谐滤波器是损耗最小的滤波器，但组成复杂些，投资也高些，用于电弧炉系统中，2次滤波器选用三阶滤波器为好，其它次选用二阶单调谐滤波器。 2)高通(宽频带)滤波器，一般用于某次及以上次的谐波抑制。当在电弧炉等非线性负荷系统中采用时，对5次以上起滤波作用时，通过参数调整，可形成该滤波器回路对5次及以上次谐波的低阻抗通路。 有源滤波器 虽然无源滤波器具有投资少、效率高、结构简单及维护方便等优点，在现阶段广泛用于配电网中，但由于滤波器特性受系统参数影响大，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，甚至谐振现象等因素，随着电力电子技术的发展，人们将滤波研究方向逐步转向有源滤波器(Active PowerFliter，缩写为APF)。 APF即利用可控的功率半导体器件向电网注入与谐波源电流幅值相等、相位相反的电流，使电源的总谐波电流为零，达到实时补偿谐波电流的目的。它与无源滤波器相比，有以下特点： a．不仅能补偿各次谐波，还可抑制闪变，补偿无功，有一机多能的特点，在性价比上较为合理； b．滤波特性不受系统阻抗等的影响，可消除与系统阻抗发生谐振的危险；c．具有自适应功能，可自动跟踪补偿变化着的谐波，即具有高度可控性和快速响应性等特点
有源电力滤波器课程设计
目录 1 设计相关知识介绍 (1) 1.1 谐波基本概念 (1) 1.2 谐波主要危害 (1) 1.3抑制谐波方法 (1) 2 APF的基本工作原理 (3) 3 APF基本组成部分 (5) 3.1 主电路 (5) 3.1.1 PWM控制的基本原理 (5) 3.1.2 主电路结构 (7) 3.2 指令电流运算部分 (8) 3.2.1 瞬时无功理论定义 (8) 3.2.2 基于瞬时无功理论检测法 (9) 3.3 电流跟踪控制部分 (11) 3.3.1电流滞环控制原理 (11) 3.3.2 三相电流滞环控制原理 (12) 3.4 驱动电路 (13) 参考文献 (15)
1 设计相关知识介绍[1] 1.1 谐波基本概念 1882年，法国数学家傅里叶指出，一个任意函数都可以分解为无穷多个不同频率正弦信号的和。基于此，国际电工标准定义谐波为：谐波分量为周期量的傅里叶级数中大于1的H次分量。把谐波次数的H定义为：以谐波频率和基波频率的之比的整数。电气和电子工程协会标准定义谐波为：谐波为一个周期波或量的正弦波分量，其频率为基波的整数倍。总结二者，目前国际普遍定义谐波为：谐波是一个周期电气量的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍。 1.2 谐波主要危害 谐波研究与治理对于现代工业生产意义重大，这是因为谐波不仅降低电能的生产、传输和利用效率，而且给供、用电设备的正常运行带来严重危险。对于电力系统，谐波会放大系统局部并联谐振或串联谐振现象，使谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁。谐波还会引起继电保护和自动装置误动作，使电能计量出现混乱。对于电气设备，谐波可以使电气设备产生振动和噪声，还可以产生过热现象，促使绝缘老化，缩短设备使用寿命，甚至发生故障或烧毁。 谐波对通信设备和电子设备会产生严重干扰。电力系统产生的谐波与普通电话线路传输的音频信号及人耳的音频敏感信号相比在信号频带上具有一定的重叠性，而且二者功率相差悬殊。对于通信的干扰，也是谐波的主要危害之一。 谐波污染是电力电子技术发展的重大障碍。电力电子技术是未来科学技术发展的重要支柱。有人预言，电力电子连同运动控制将和计算机技术一起成为21世纪最重要的两大技术。然而，电力电子装置所产生的谐波污染已成为阻碍电力电子技术发展的重大障碍，它迫使电力电子领域的研究人员必须对谐波问题进行更为有效研究。 因此，谐波治理已经成为电气工程领域迫切需要解决的问题。 1.3抑制谐波方法 随着工业、农业和人民生活水平的不断提高，除了需要电能成倍的增长，对供电质量及供电可靠性的要求也越来越多，电能质量受到人们的日益重视。于是各国纷纷出台措施，制定相关标准。目前滤波是治理电网污染的有效方法，滤波就是将信号中特定的波段频率滤除的操作，是抑制和防止干扰的一项重要措施。它分为无源滤波和有源滤波。(1) 无源滤波
有源滤波器与无源滤波器的区别梳理
有源滤波器与无源滤波器的区别梳理 滤波器是根据电路参数对电路频带宽度的影响而设计出来的工程应用电路，滤波器种类很多，有源滤波器和无源滤波器的区别我们最简单的分别办法是看看是否需要电源，在作用上最大的区别在于有源滤波器可以有增益，无源滤波器无增益是衰减的。 无源滤波器的特点 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，最普通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旁路。其主要优点是结构简单，成本低廉，运行可靠性高，运行费用较低。缺点是通带内的信号有能量损耗，负载效应比较明显，使用电感元件时容易引起电磁感应，当电感L较大时，滤波器的体积和重量都比较大，在低频段范围不适用。 有源滤波器的特点 有源滤波器的频率范围是由直流到500kHz，在低频范围内已取代了传统的LC滤波器，其主要特点为： 1、有源滤波器的输入阻抗高，输出阻抗极低，因而具有良好的隔离性能，所以各级之间均无阻抗匹配要求； 2、易于制作截止频率或中心频率连续可调的滤波器且调整容易； 3、如果使用电位器、可变电容器，有源滤波器的频率精度易于达到0.5%；
4、不用电感器，体积小，重量轻，在低频情况下，这种优点更为突出； 5、设计有源滤波器比设计LC滤波器更具灵活性，也可得到电压增益。 但应当注意，有源滤波器以集成运放作为有源元件，所以一定要电源，输入小信号时受运放带宽限制，输入大信号时受运放压摆率的限制，这就决定了有源滤波器不适用于高频范围。 有源滤波器与无源滤波器的区别？ 有源滤波器和无源滤波器存在如下几大区别： 1、工作原理。无源滤波器由LC等元件组成，将其设计为某频率下极低阻抗，对相应频率谐波电流进行分流，其行为模式为提供被动式谐波电流旁路通道。有源滤波器由电力电子元件和DSP等构成的电能变换设备，检测负载谐波电流并主动提供对应的补偿电流，补偿后的源电流几乎为纯正弦波，其行为模式为主动式电流源输出； 2、谐波处理能力。无源滤波器只能滤除某个特定阶次的谐波，有源滤波器可动态滤除各次谐波； 3、频率变化的影响。无源滤波器谐振点偏移，效果降低；有源滤波器不受影响； 4、系统阻抗变化影响。无源滤波器受系统阻抗影响严重，存在谐波放大和共振的危险，而有源滤波不受影响。 5、负载变化对谐波补偿效果的影响。无源滤波器补偿效果随着负载的变化而变化，有源滤波器不受负载变化影响；
无源滤波器设计概述
关于无源滤波器设计 随着电网中非线性负载（如电力电子装置、可调速电机）应用的增多，供电质量日趋下降，电网中的谐波含量严重超过国家标准，对电力用户的安全用电构成威胁。并且，国家对电力市场管制的开放，无疑加剧电力市场的竞争，一方面电力用户对供电电源的谐波含量的要求越来越高，另一方面电力公司对电力用户注入电网的谐波水平也提出了限制。因此，对电网的经济安全运行起到十分重要的作用的电力滤波器有大量的市场需求和市场潜力。 概述 电力系统是由电感、电阻、电容组成的网络，在一定的参数配合下可能会对某些频率产生谐振，诱发出过量的电压和电流。因此，应当尽量避免谐振。对于正常设计的电网来说，发生工频谐振的可能性很小。但是，却有可能在某些高次谐波下谐振，使谐波电流和电压剧增，危害设备的运行和安全。 当谐波源产生的谐波大于规定限值时，应装设滤波装置。在谐波源处装设滤波器，就地吸收谐波电流，可以使注入系统的谐波减少到很低的程度，这是当前最主要的抑制谐波的手段。 目前大量应用于在电力系统中的是无源交流滤波装置，由电力电容器、电抗器和电阻组成，可以抑制谐波并兼有一定的无功补偿作用。无源滤波器结构简单、运行可靠、维护方便，成本低、技术成熟。 最理想的滤波器设计是能够将注入的全部谐波都进行衰减的单个宽频带结构，但需要的电容量非常大，比较经济的做法是使用单调谐滤波器将较低次的谐波衰减掉，由高通滤波器衰减较高次数的谐波。 无源谐波滤波器包括一组对应于某几次低次谐波的单调谐滤波器组和一个用于滤除高次谐波的高通滤波器。 运行特点 使用无源滤波器的特点主要有： ①滤波效果受电网阻抗影响大，会因制造误差、设备老化、电网频率变化造成滤波效果下降; 对谐波频率经常变化的负载滤波效果差。 ②容易与电网产生谐振，产生并联或串联谐振，造成谐波放大; ③对谐波进行抑制的同时引入一定量的无功，兼有谐波补偿和无功补偿功能; ④可利用现有无功补偿设备容量; ⑤不具有处理复杂频谱谐波的能力。 ⑥容易过载而产生危险
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。
无源滤波器和有源滤波器特点
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。 无源滤波装置 该装置由电容器、电抗器,有时还包括电阻器等无源元件组成,以对某次谐波或其以上次谐波形成低阻抗通路,以达到抑制高次谐波的作用;由于SVC的调节范围要由感性区扩大到容性区,所以滤波器与动态控制的电抗器一起并联,这样既满足无功补偿、改善功率因数,又能消除高次谐波的影响。 国际上广泛使用的滤波器种类有:各阶次单调谐滤波器、双调谐滤波器、二阶宽颇带与三阶宽频带高通滤波器等。 1单调谐滤波器:一阶单调谐滤波器的优点是滤波效果好,结构简单;缺点是电能损耗比较大,但随着品质因数的提高而减少,同时又随谐波次数的减少而增加,而电炉正好是低次谐波,主要是2~7次,因此,基波损耗较大。二阶单调谐滤波器当品质因数在50以下时,基波损耗可减少20~50%,属节能型,滤波效果等效。三阶单调谐滤波器是损耗最小的滤波器,但组成复杂些,投资也高些,用于电弧炉系统中,2次滤波器选用三阶滤波器为好,其它次选用二阶单调谐滤波器。 2高通(宽频带滤波器,一般用于某次及以上次的谐波抑制。当在电弧炉等非线性负荷系统中采用时,对5次以上起滤波作用时,通过参数调整,可形成该滤波器回路对5次及以上次谐波的低阻抗通路。 有源滤波器 虽然无源滤波器具有投资少、效率高、结构简单及维护方便等优点,在现阶段广泛用于配电网中,但由于滤波器特性受系统参数影响大,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,甚至谐振现象等因素,随着电力电子技术的发展,人们将滤波研究方向逐步转向有源滤波器(Active PowerFliter,缩写为APF。 APF即利用可控的功率半导体器件向电网注入与谐波源电流幅值相等、相位相反的电流,使电源的总谐波电流为零,达到实时补偿谐波电流的目的。它与无源滤波器相比,有以下特点: a.不仅能补偿各次谐波,还可抑制闪变,补偿无功,有一机多能的特点,在性价比上较为合理; b.滤波特性不受系统阻抗等的影响,可消除与系统阻抗发生谐振的危险; c.具有自适应功能,可自动跟踪补偿变化着的谐波,即具有高度可控性和快速响应性等特点 一、无源滤波器的优点 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，至今仍是应
如何正确区别无源和有源电力滤波器
如何正确区别无源和有源电力滤波器 安科瑞王志彬2019.03 有源电力滤波器装置：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。 无源电力滤波器装置：这种电路主要有无源元件R、L和C组成。 无源电力滤波器装置 该装置由电容器、电抗器，有时还包括电阻器等无源元件组成，以对某次谐波或其以上次谐波形成低阻抗通路，以达到抑制高次谐波的作用;由于SVC的调节范围要由感性区扩大到容性区，所以滤波器与动态控制的电抗器一起并联，这样既满足无功补偿、改善功率因数，又能消除高次谐波的影响。 有源电力滤波器装置 虽然无源滤波器具有投资少、效率高、结构简单及维护方便等优点，在现阶段广泛用于配电网中，但由于滤波器特性受系统参数影响大，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，甚至谐振现象等因素，随着电力电子技术的发展，人们将滤波研究方向逐步转向有源电力滤波器(Active PowerFliter，缩写为APF)。 APF即利用可控的功率半导体器件向电网注入与谐波源电流幅值相等、相位相反的电流，使电源的总谐波电流为零，达到实时补偿谐波电流的目的。它与无源滤波器相比，有以下三个特点： a.不仅能补偿各次谐波，还可抑制闪变，补偿无功，有一机多能的特点，在性价比上较为合理; b.有源电力滤波器特性不受系统阻抗等的影响，可消除与系统阻抗发生谐振的危险; c.具有自适应功能，可自动跟踪补偿变化着的谐波，即具有高度可控性和快速响应性等特点。 国际上广泛使用的滤波器种类有：各阶次单调谐滤波器、双调谐滤波器、二阶宽颇带与三阶宽频带高通滤波器等。 (1)高通(宽频带)滤波器，一般用于某次及以上次的谐波抑制。当在电弧炉等非线性负荷系统中采用时，对5次以上起滤波作用时，通过参数调整，可形成该滤波器回路对5次及以上次谐波的低阻抗通路。 (2)单调谐滤波器：一阶单调谐滤波器的优点是滤波效果好，结构简单;缺点是电能损耗比较大，但随着品质因数的提高而减少，同时又随谐波次数的减少而增加，而电炉正好是低次谐波，主要是2～7次，因此，基波损耗较大。二阶单调谐滤波器当品质因数在50以下时，基波损耗可减少20～50%，属节能型，滤波效果等效。三阶单调谐滤波器是损耗最小的滤波器，但组成复杂些，投资也高些，用于电弧炉系统中，2次滤波器选用三阶滤波器为好，其它次选用二阶单调谐滤波器。 安科瑞ANAPF有源电力滤波器 1、概述 1.1谐波的产生 电力系统中理想的电压、电流波形都是频率为50Hz的正弦波，但是非线性电力设备（大功率可控硅、变频器、UPS、开关电源、中频炉等）的广泛应用产生了大量畸变的谐波电流，谐波电流耦合在线路上产生谐波电压。对非正弦的畸变电流作傅立叶级数分解，其中频率与工频相同的分量为基波，频率是基波频率整数倍的分量为谐波。谐波是电能质量的重要指标。 1.2谐波的危害
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；
有源电力滤波器设计
有源电力滤波器设计 摘要：以三相系统中的电网电流为研究对象，介绍了有源电力滤波器的系统结构和工作原理，讨论了主要元件参数的设计和计算。 键词：有源电力滤波器；滤波器设计；谐波检测 O 引言 近年来，公用电网受到了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，并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。 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，无需断开等。 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。 本文对适用于电力系统的有源电力滤波器的原理和设计进行介绍。 l 有源电力滤波器系统结构 有源电力滤波器系统结构如图l所示。
有源电力滤波器的基本工作原理是：实时检测补偿对象的电压和电流，经指令电流运算单元计算出补偿电流指令信号，该信号经补偿电流发生电路放大产生补偿电流，补偿电流与负载电流中需用补偿的谐渡及无功等电流抵消，最终得到期望的电源电流。在图1中的体现是，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iL中的谐波分量iLb后，将其反极性作为补偿电流的指令信号iC*，再由补偿电流发生电路产生补偿电流ic，其中补偿电流ic与负载电流中谐波分量iLh大小相等，方向相反，因而两者相互抵消，使得电源中电流中只含基波，达到消除电源电流中谐波的目的。 图1为有源滤波器的系统框图。通过霍尔传感器检测非线性负载的电流iLa、iLb、iLc经电流信号调理后送入指令电流产生电路，指令电流产生模块是由TI公司的DSP TMS320LF2407为核心建立的。DSP计算出需要补偿的谐波和无功电流后，通过外部D／A送入电流跟踪控制电路。霍尔传感器检测有源电力滤波器主电路的电流ica、icb、icc，经电流信号调理后也送入电流跟踪控制电路，电流跟踪控制电路对主电路补偿电流与指令电流进行滞环比较后送出栅极开关驱动信号，驱动电路接受来自前级电流跟踪控制电路的PWM信号，并经隔离放大后驱动主电路的开关管，以控制主电流的电路跟随指令电流的变化，最终达到实时补偿谐波与无功功率的目的。电压传感器检测变流器直流侧总电压，经电压信号调理后送入指令电流发生电路，通过合理的控制以凋节直流侧电压的稳定。启动、关断和保护模块按一定的时序控制装置的启动和关断，并提供装置的过流、过压、过热、缺相等故障保护功能。 2 有源电力滤波器主电路设计 设计主电路时，应首先确定主电路的形式，目前，有源电力滤波器主电路的形式绝大多数采用电压型，本文选择主电路为并联电压型、单个变流器的形式。 主电路设计需要解决的问题是：主电路容量的计算；开关器件的选择及其参数的确定；对补偿电流的跟踪特性起决定作用的参数(输出电感L、直流侧电容电压Ud、滞环宽度δ)的设计；按所选器件要求的驱动电路的设计以及整个装置的各种保护电路设计。 2．1 主电路容量的计算 有源电力滤波器的容量SA由式(1)确定 式中：E为电网相电压有效值； Lc为补偿电流有效值。 如果所设计装置的容量为15 kVA，则 Ic=SA/3E=15x103/3x220=22．7 A 2．2 功率开关器件的选取 目前适用于APFP中的全控型开关器件主要有GTR、IGBT、IGCT等，器件的选择，首先应当满足工作频率和器件容量的要求，当单个器件的容量难以满足要求时，可考虑采用器件的串并联或主电路多重化等方式。其次，再考虑它们的价格。 器件的种类确定后，再确定其额定参数。其中，额定电压由直流侧电压决定，并考虑适当的安全裕量。额定电流由补偿电流决定。 2.3 主电路滞环宽度的选取 由于有源电力滤波器的指令电流包含高次谐波和暂态电流，故要求实际输出的电流对指令电流有很高的跟踪能力。在有源电力滤波器的补偿对象已确定的情况下，有源电力滤波器主电路参数的选取，对有源电力滤波器的性能和效率有较大的影响。 下面以A相为例，分析采用滞环控制时逆变器的工作频率f与电网电压ea、变流器直流侧电压Ud及
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低通无源滤波器仿真与分析 一、滤波器定义 所谓滤波器（ filter ），是一种用来消除干扰杂讯的，对输入或输出的信号中特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除的，就是滤波器，其功能就是得到一个特定频率或消除一个特定频率。一般可实为一个可实现的线性时不变系 统。 二、滤波器的分类 常用的滤波器按以下类型进行分类。 1)按所处理的信号： 按所处理的信号分为和两种。 2)按所通过信号的频段 按所通过信号的频段分为低通、高通、带通和带阻滤波器四种。 低通滤波器：它允许信号中的低频或直流分量通过，抑制高频分量或干扰和噪声。 高通滤波器：它允许信号中的高频分量通过，抑制低频或直流分量。 带通滤波器：它允许一定频段的信号通过，抑制低于或高于该频段的信号、干扰和噪声。 带阻滤波器：它抑制一定频段内的信号，允许该频段以外的信号通过。 3)按所采用的元器件 按所采用的分为无源和两种。 ：仅由 (R、L 和 C)组成的滤波器，它是利用电容和电感元件的随频率的变 化而变化的构成的。这类滤波器的优点是：电路比较简单，不需要直流电源供 电，可靠性高；是：通带内的信号有能量损耗，负载效应比较明显，使用电感元件时 容易引起电磁感应，当电感 L 较大时滤波器的和重量都比较大，在低频域不适 用。 有源滤波器：由无源元件 (一般用 R 和 C)和(如集成运算放大器）组成。这类滤波器的优点是：通带内的信号不仅没有能量损耗，而且还可以放大，负载效应不明显，多级相联时相互影响很小，利用级联的简单方法很容易构成高阶滤波器，并且滤波器的体积小、重量轻、不需要磁屏蔽 (由于不使用电感元件）；缺点是：通带范围受有源器件 (如集成运算放大器）的带宽限制，需要直流电源供电，可 靠性不如无源滤波器高，在、高频、大功率的场合不适用。 4)按照阶数来分 通过传递函数的阶数来确定滤波器的分类。 三、网络的频率响应 在时域中，设输入为x(t ) ，输出为 y(t ) ，滤波器的脉冲响应函数为h(t ) 。转换到频域，激励信号为X ( j ) ，经过一个线性网络得到的响应信号为Y( j) 。
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
顾名思义该装置需要提供电源，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（传统的只能固定补偿），实现了动态跟踪补偿，而且可以既补谐波又补无功；三相电路瞬时无功功率理论是APF发展的主要基础理论；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。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！ 二、基本原理： 有源电力滤波器，是采用现代电力电子技术和基于高速DSP器件的数字信号处理技术制成的新型电力谐波治理专用设备。它由指令电流运算电路和补偿电流发生电路两个主要部分组成。指令电流运算电路实时监视线路中的电流，并将模拟电流信号转换为数字信号，送入高速数字信号处理器（DSP）对信号进行处理，将谐波与基波分离，并以脉宽调制（PWM）信号形式向补偿电流发生电路送出驱动脉冲，驱动IGBT或IPM功率模块，生成与电网谐波电流幅值相等、极性相反的补偿电流注入电网，对谐波电流进行补偿或抵消，主动消除电力谐波。 三、基本应用： 谐波主要危害： ? 增加电力设施负荷，降低系统功率因数，降低发电、输电及用电设备的有效容量和效率，造成设备浪费、线路浪费和电能损失； ?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； ? 产生脉动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、输电线路等产生附加功率损耗而过热，浪费电能并加速绝缘老化； ? 谐波电压以正比于其峰值电压的形式增强了绝缘介质的电场强度，降低设备使用寿命； ? 零序（3的倍数次）谐波电流会导致三相四线系统的中线过载，并在三角形接法的变压器绕组内产生环流，使绕组电流超过额定值，严重时甚至引发事故。 ? 谐波会改变保护继电器的动作特性，引起继电保护设施的误动作，造成继电保护等自动装置工作紊乱；
基于DSP的有源电力滤波器设计
一一收稿日期:2013-10-21基金项目:西北民族大学中央高校基本科研业务费专项资金资 助项目(31920130013) 作者简介:王彩霞(1974),女,河南荥阳人,硕士,副教授,主要研究方向为控制理论,计算机控制系统分析设计等三 基于DSP 的有源电力滤波器设计 王彩霞,周志文 (西北民族大学电气工程学院,兰州730030) 一一摘要:随着非线性负载的大量接入和电力系统自身的发展,电力系统中的谐波污染日益严重,谐波影响着电力系统的可靠二安全二经济运行,同时对电力用户也造成潜在的威胁三该文设计了以TMS320F2812型DSP 为核心的有源电力滤波器对电力系统的谐波进行了补偿三完成硬件电路的搭建和软件程序编制,对性能二参数进行了测试,测试结果表明设计的滤波器具有电路结构简单二补偿效果好等优点三 关键词:有源电力滤波器;谐波;DSP ;电压矢量控制 中图分类号:TM46一一文献标志码:A一一文章编号:1000-0682(2014)04-0023-03 The design of active power filter based on DSP WANG Caixia,ZHOU Zhiwen (College of Electric Engineering ,Northwest Minorities University ,Lanzhou 730030,China ) 一一Abstract :Along with the access of nonlinear load and the development of electric power system,the harmonic pollution in power system is deteriorating.Harmonic not only affects the reliability,safety and economic operation of power system but also poses potential risks to power users.An active power filter with TMS320F2812DSP as the core is designed for harmonic compensation for power system.After the hardware circuit configuring,software programming and circuit debugging,the system performances and parameters are tested and studied.The testing results show that the designed filter has the advantages of simple circuit structure and good compensation effect. 一一Key words :active power filter(APF);harmonic;DSP ;voltage vector control 0一引言 电力系统中谐波的产生有两个原因,一个是由接入系统的非线性负载产生的,这类负载的伏安特性不是线性的,即使加在其两端的电压是理想的正弦,通过的电流也不是正弦,含有谐波,使得电力系统的电能质量受到了严重影响三另一个是电力系统自身的发展所产生的,如高压直流输电技术的应用,对电力系统带来的污染也日益严重三随着电力系统自身的发展和用电设备的不断更新,预计谐波对终端用户侧的影响将会越来越严重三因谐波干扰所引发的公用电网供电质量日趋恶化,严重的威胁着整 个电力系统的可靠运行[1]三 传统的抑制谐波的方法是无源滤波技术,由电 阻二电力电容器和电抗器等器件构成LC 无源滤波器,与需要补偿的负载并联三无源滤波器具有结构简单二使用方便的优点,但也存在如LC 滤波器只能抑制固定次的谐波,且在一定频率谐波条件下会产生谐振,反而使谐波放大,LC 滤波器滤波特性受系统参数的影响较大等缺点三尽管如此,LC 滤波器仍然是目前补偿谐波主要方法三 近几年随着电力电子技术的发展,出现了用电力电子变流器构成有源电力滤波器(Active Power Filter,简称APF)对电力系统的谐波进行补偿三与传统无源滤波器相比,有源滤波器具有如下明显的 优越性能: 1)能够迅速地对变化的谐波进行动态跟踪补偿,补偿效果不受电网特性的影响,不会和电网发生谐振,补偿后畸变率很低且功率因数接近1; 四 32四2014年第4期一一一一一一一一一一一一一一一工业仪表与自动化装置