应用于有源电力滤波器的单相谐波检测的研究

摘要

谐波污染与无功消耗已经成为影响电能质量的重要因素，有源电力滤波器被公认为谐波抑制与无功补偿的最有效的手段。谐波检测关系到有源电力滤波的补偿效果，其作用极为重要。本文主要致力于单相电网的谐波及无功电流的检测与补偿，并经仿真和实验验证，取得了良好的效果。
　　本文首先介绍了谐波的产生、危害以及主要治理措施，接下来对有源电力滤波器的分类、拓扑结构以及优缺点做了详细分析。对单相有源电力滤波的主电路结构进行了深入的研究，阐述了其工作原理，并对其进行数学建模，给出了其交流侧电感、直流侧电压以及电容选取的计算公式。
　　本文对几种可行性较强的谐波检测方法进行了概述，最后选用基于单相瞬时无功功率的谐波及无功电流检测法，并给出了详细的理论推导过程与系统的检测框图。相比较其他方法，该方法具有电路结构简单、计算量小、更易于实现等优点，并可同时应用于单相和三相电路。
　　本文运用MATLAB仿真工具对该检测法进行了仿真，并以美国德州仪器公司推出的64位定点数字信号处理器芯片TMS320F2812型DSP搭建试验平台，将得到的谐波电流作为单相有源电力滤波器的补偿电流指令，配合电流补偿环节的实验，结果表明该单相有源电力滤波器能有效补偿谐波及无功电流，进一步证明该检测方法的实时性、稳定性与可靠性完全符合单相有源电力滤波器的补偿性能，具有一定的研究意义。

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文摘

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第一章 绪论

1.1 前言

1.2 谐波的概念

1.3 电力系统谐波的产生及危害

1.3.1 谐波的产生

1.3.2 谐波的危害

1.3.3 谐波的标准

1.4 谐波的抑制措施

1.4.1 谐波的主动治理措施

1.4.2 谐波的被动治理措施

1.5 本文的主要工作

第二章 有源电流滤波器的分类及主电路参数选取

2.1 前言

2.2 有源电力滤波器的发展

2.3 有源电力滤波器的分类

2.4 APF的拓扑结构

2.4.1 串联型、并联型以及串-并联型APF的拓扑结构

2.2.2 电流型、电压型APF的拓扑结构

2.3 单相APF的主电路结构

2.3.1 单相APF的发展和应用

2.3.2 单相并联型APF的工作原理

2.3.3 有源电力滤波器容量的定义

2.3.4 单相APF的数学建模

2.4 单相并联型有源电力滤波器主电路参数的选取

2.4.1 直流侧电压的计算

2.4.2 直流侧电容的确定

2.4.3 交流侧电感选择

2.4.4 主电路开关器件的选择：

2.5 本章小结

第三章 谐波检测方法概述

3.1 前言

3.2 模拟滤波器检测法

3.3 基于Fryze功率定义检测法

3.3.1 Fryze无功功率思想

3.3.2 基于Fryze无功功率思想的谐波检测方法

3.3 基于快速傅立叶变换(FFT)的谐波电流检测法

3.3.1 快速傅立叶变换

3.3.2 基于快速傅立叶变换的谐波电流检测法

3.4 基于FBD法的谐波电流检测法

3.4.1 FBD法理论

3.4.2 基于FBD法的谐波电流检测

3.5 基于人工神经网络的自适应谐波电流检测方法

3.6 自适应谐波电流检测法

3.6.1 自适应噪声对消法

3.6.2 自适应谐波电流检测法

3.6.3 改进型自适应谐波电流检测法

3.7 本章小结

第四章 基于瞬时无功功率理论的谐波检测

4.1 前言

4.2 三相电路瞬时无功功率理论

4.2 基于三相电路瞬时无功功率理论的谐波及无功电流检测法

4.2.1 基于p-q运算法的三相谐波检测

4.2.2 基于ip-iq运算法的三相谐波检测

4.2.3 基于三相电路瞬时无功功率理论的单相谐波检测

4.2.3 基于三相电路瞬时无功功率理论的改进型单相谐波检测

4.3 基于单相电路瞬时功率的单相谐波及无功电流检测法

4.3.1 基于单相电路瞬时功率的单相谐波及无功电流检测算法

4.3.2 锁相环(PLL)的作用

4.4 本章小结

第五章 单相谐波检测的仿真与实验验证

5.1 前言

5.2 谐波及无功电流检测法仿真

5.3 锁相环及低通滤波器的实现方案

5.3.1 锁相环的实现方案

5.3.2 低通滤波器的实现方案

5.4 谐波检测的软硬件实现

5.5 单相有源电力滤波器的电流补偿实现

5.5.1 单相有源电力滤波器的仿真实现

5.5.2 基于载波相移SPWM技术和级联多电平变流器的单相APF

5.5.3 单相有源电力滤波器的补偿实验结果

5.6 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 未来工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文