有源濾波器的設(shè)計(jì)與MATLAB仿真研究摘要：由于國(guó)民經(jīng)濟(jì)和電力科技的迅猛發(fā)展，電力負(fù)載變得越來(lái)越多樣化，使得電網(wǎng)中的非線性負(fù)載（特別是電力電子器件）日益增多，向電網(wǎng)中注入了許多的諧波分量，使諧波帶來(lái)的壞處日漸明顯，其給電力環(huán)境帶來(lái)的污染已經(jīng)嚴(yán)重危害到了系統(tǒng)本身及廣大用戶，因此諧波治理工作刻不容緩。在諸多消除諧波的方法中，有源濾波器由于其良好的功效脫穎而出，成為研究諧波治理的一個(gè)重點(diǎn)。本論文根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的要求，利用所學(xué)內(nèi)容對(duì)有源濾波器的理論進(jìn)行了詳細(xì)的研究，并在理論研究的基礎(chǔ)上，篩選出了有源濾波器結(jié)構(gòu)中各個(gè)環(huán)節(jié)的具體實(shí)現(xiàn)方法，提出了有源濾波器的設(shè)計(jì)方案，并借助MATLAB/SIMULINK科研軟件根據(jù)此方案構(gòu)造出了有源濾波器的具體模型。此外，本文還將搭建好的有源濾波器模型應(yīng)用在了三種不同的諧波源場(chǎng)景下，在針對(duì)不同的諧波源，對(duì)有源濾波器模型各個(gè)環(huán)節(jié)的參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算和調(diào)整后，對(duì)這三種不同的場(chǎng)景逐個(gè)進(jìn)行了仿真分析，最終檢驗(yàn)并證實(shí)了本文所構(gòu)建出的有源濾波器實(shí)際模型的正確性及有效性。關(guān)鍵詞：有源濾波器諧波檢測(cè)PI控制SIMULINK仿真目錄第1章緒論 11.1諧波的概念、產(chǎn)生原因及危害 11.1.1諧波的基本概念 11.1.2諧波的產(chǎn)生原因及危害 21.2現(xiàn)存諧波治理的方法及比較 31.3有源濾波器的發(fā)展及我國(guó)的研究現(xiàn)狀 31.4本文的主要研究?jī)?nèi)容 4第2章有源濾波器的理論基礎(chǔ) 42.1有源濾波器的分類(lèi) 42.2有源濾波器的結(jié)構(gòu) 52.3有源濾波器的基本原理 52.3.1有源濾波器的工作原理 52.3.2諧波電流的檢測(cè)模塊 62.3.3電流的跟蹤控制模塊 82.3.4補(bǔ)償電流產(chǎn)生模塊（APF的主電路） 9第3章有源濾波器的仿真研究 103.1MATLAB/SIMULINK概述 103.2有源濾波器模型的建立 113.2.1諧波電流檢測(cè)模塊模型 113.2.2電流的追蹤及控制模塊 123.2.3補(bǔ)償電流產(chǎn)生模塊 123.3不同諧波源下驗(yàn)證有源濾波器的濾波效果 133.3.1常規(guī)諧波源下（諧波源為整流電路） 133.3.2有源濾波器在高壓直流輸電系統(tǒng)中的應(yīng)用 173.3.3有源濾波器在TCR電路中的應(yīng)用 19第4章結(jié)論與展望 224.1主要內(nèi)容和結(jié)論 224.2展望 23參考文獻(xiàn) 24緒論如今的社會(huì)，我們的生活已經(jīng)十分依賴(lài)于電能，電能的使用已經(jīng)滲透到了各個(gè)行業(yè)。正是由于電能的廣泛應(yīng)用，導(dǎo)致我們對(duì)于電能質(zhì)量的要求變得越來(lái)越高，但是近些年來(lái)由于電力電子技術(shù)的大力發(fā)展和廣泛投入使用，電網(wǎng)的大環(huán)境遭受到了嚴(yán)重的破壞，諧波治理已是我們必須要開(kāi)展的工作。本章重點(diǎn)介紹了關(guān)于諧波的一些內(nèi)容，同時(shí)也簡(jiǎn)單的介紹了當(dāng)前存在的幾種諧波治理的方法，并對(duì)其相互間做比較，顯示了有源濾波器特有的優(yōu)勢(shì)，此外本章還介紹了有源濾波器的發(fā)展。諧波的概念、產(chǎn)生原因及危害諧波的基本概念 諧波是指電壓、電流波的形狀發(fā)生了一定的變化，不再是嚴(yán)格的正弦波，從嚴(yán)格的角度來(lái)說(shuō)，指的是對(duì)一個(gè)畸變后的電氣量進(jìn)行傅里葉分解，最終得到的大于基頻且為基頻整數(shù)倍的其它次分量，都稱(chēng)其為諧波[1]。下述式子表示標(biāo)準(zhǔn)電壓波形[2]：(1.1)其中U-電源電壓的有效值此刻若在非正弦電路兩端加上正弦電源電壓，則產(chǎn)生的電流波形會(huì)發(fā)生改變而變?yōu)榉抢硐氲恼也ㄐ?，?duì)此波形進(jìn)行傅里葉級(jí)數(shù)（FFT）分解后，可得：（n=1、2、3…）(1.2)式中：若?。簞t這時(shí)式子（1.2）變成：(1.3)從式子（1.3）可知，例如我國(guó)電網(wǎng)工頻為50Hz，則頻率與50Hz不一致的，理論上都可稱(chēng)之為諧波分量。接下來(lái)為方便后文對(duì)仿真結(jié)果的分析，引入一個(gè)用來(lái)比較含有諧波多少的量——電流諧波總畸變率,其定義為:(1.4)(1.5)式中：諧波的產(chǎn)生原因及危害非線性負(fù)載投入使用的過(guò)程中，其電壓和電流的相互關(guān)系是一直在發(fā)生改變的，所以對(duì)于它的普遍使用是產(chǎn)生諧波的重要原因。非線性負(fù)載投入電網(wǎng)中會(huì)由于產(chǎn)生諧波分量而改變電流的波形，該電流流入到整個(gè)電網(wǎng)中，導(dǎo)致電網(wǎng)電壓波形也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變，從而污染整個(gè)電力大環(huán)境。我們比較常見(jiàn)的非線性負(fù)載主要有功率較大的可控硅整流器、節(jié)能環(huán)保型的一些家里的電器、電石爐以及高頻感應(yīng)的加熱爐等等[3]。在早前，諧波問(wèn)題不明顯，人們對(duì)諧波問(wèn)題并不關(guān)注。但近代由于電力電子等非線性負(fù)載的大量使用，因諧波問(wèn)題導(dǎo)致的故障越來(lái)越多，已嚴(yán)重的影響到了電力系統(tǒng)的正常生產(chǎn)和運(yùn)行，這就急需我們將諧波治理問(wèn)題提上日程，改善電網(wǎng)的大環(huán)境。在日常生活中，諧波給整個(gè)大電網(wǎng)帶來(lái)的的危害大致可體現(xiàn)在這幾個(gè)方面[2]：（1）諧波摻雜于電網(wǎng)之中，會(huì)使一些電力元件對(duì)電能的消耗變大，嚴(yán)重降低設(shè)備對(duì)于電能的利用率和電網(wǎng)投入使用的經(jīng)濟(jì)性，還會(huì)使元件產(chǎn)生許多的熱量，可能會(huì)燒毀設(shè)備，特別是當(dāng)中性線中存在3次諧波分量，甚至?xí)l(fā)火災(zāi)。（2）當(dāng)電網(wǎng)中有采用諧振原理濾波的元件（如電容器、無(wú)源濾波器）時(shí)，諧波摻雜于電網(wǎng)之中，不僅可能引發(fā)諧振從而使繼保等裝置失去保護(hù)作用，而且還可能會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)諧振，威脅系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。（3）諧波會(huì)干擾電網(wǎng)，使供電的質(zhì)量嚴(yán)重降低、一些設(shè)備無(wú)法實(shí)現(xiàn)精密加工，還會(huì)縮減設(shè)備壽命,破壞家用電器的正常工況。（4）諧波還可能會(huì)干擾電力系統(tǒng)中一些測(cè)量設(shè)備（如電壓表、電路表、功率表）的測(cè)量準(zhǔn)確性，使最終的結(jié)果有著相當(dāng)大的誤差，嚴(yán)重影響測(cè)量的后續(xù)工作。（5）諧波還會(huì)對(duì)其周?chē)ㄐ判盘?hào)產(chǎn)生較大的影響，使通信線路受到音頻干擾，甚至使部分通信信號(hào)失真或丟失，使通信系統(tǒng)無(wú)法進(jìn)行正常工作。（6）當(dāng)線路中有高次的諧波時(shí)，由于集膚效應(yīng)的緣由，會(huì)使長(zhǎng)距離輸電線路過(guò)熱，影響線路的使用壽命，增加線路建設(shè)的成本。（7）諧波會(huì)使變壓器和電力系統(tǒng)中的電機(jī)產(chǎn)生較大的噪音，造成噪音污染。綜上所述，諧波給電網(wǎng)的正常運(yùn)行帶來(lái)了非常大的壞處，所以為了保護(hù)電力環(huán)境、建設(shè)綠色電網(wǎng)，諧波治理工作已是刻不容緩?，F(xiàn)存諧波治理的方法及比較 目前消除或減弱諧波的手段一般有兩種[4]，一種是主動(dòng)治理：這種方法是從根源上去解決問(wèn)題，即找到產(chǎn)生諧波的用電設(shè)備，然后利用高新技術(shù)對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)和完善，使該電力設(shè)備產(chǎn)生的諧波大大降低，甚至不再產(chǎn)生諧波，目前這種方法主要有：增加變流裝置的相數(shù)、改進(jìn)電網(wǎng)的整體結(jié)構(gòu)或利用換流變壓器；還有一種是被動(dòng)治理：這種方法是在電力系統(tǒng)中加入一些專(zhuān)門(mén)用來(lái)減少諧波的裝置，利用這些裝置來(lái)減少諧波。該方法主要包括在電網(wǎng)中加入和有源濾波器（APF）。 主動(dòng)治理的這幾種方法一般較難實(shí)現(xiàn)，要么會(huì)增大設(shè)備的體積，要么只能應(yīng)用在一些特定的領(lǐng)域。所以接下來(lái)，我們主要分析被動(dòng)治理的幾種方法。無(wú)源濾波器一般是通過(guò)電感L和電容C串聯(lián)或者并聯(lián)，使其在某個(gè)特定次數(shù)的諧波下發(fā)生諧振，從而實(shí)現(xiàn)濾波的作用，在實(shí)際投入使用中，無(wú)源濾波器雖有一定的優(yōu)勢(shì)，但其不足之處也不可不提，如無(wú)源濾波器不夠靈活，由于其自身設(shè)計(jì)參數(shù)的限制，它只能濾除已知某一次數(shù)的諧波分量，同時(shí)無(wú)源濾波器對(duì)電網(wǎng)的某些參數(shù)的變化十分的明銳，濾波效果不太穩(wěn)定，另外無(wú)源濾波器使用不當(dāng)還可能與電網(wǎng)發(fā)生諧振，反而又進(jìn)一步增加了電網(wǎng)中的諧波含量。[2]為了彌補(bǔ)PF的缺陷，從而引出了APF，近些年來(lái)，由于有源濾波器優(yōu)異的性能，使其逐漸成為治理諧波的重點(diǎn)內(nèi)容。有源濾波器的優(yōu)點(diǎn)主要有[5]:（1）動(dòng)態(tài)補(bǔ)償性能較好，能夠快速響應(yīng)諧波的變動(dòng)（2）受電網(wǎng)一些參數(shù)改變的影響小，對(duì)阻抗變化不敏銳，濾波效果穩(wěn)定（3）在實(shí)際投入使用時(shí)，有源濾波器的貯能元件容量小（4）有源濾波器使用相對(duì)便捷，不用另外加裝其他輔助設(shè)備（5）有源濾波器特有的自適應(yīng)功能，可對(duì)時(shí)刻改變的諧波分量進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償，可控性好（6）有源濾波器不僅可以消除或減小諧波，同時(shí)它還可以補(bǔ)償無(wú)功及其它次序電流。 鑒于有源濾波器以上的優(yōu)勢(shì)，所以它在諧波治理問(wèn)題上有著不可替代的作用，從而證明了本文的研究是非常有意義的。有源濾波器的發(fā)展及我國(guó)的研究現(xiàn)狀 APF的理論最早出現(xiàn)在等人在1969年發(fā)表的論文中，文中提出可主動(dòng)向電網(wǎng)中注入三倍于基波頻率的諧波電流從而用來(lái)減少電源側(cè)的諧波含量，1971年，和在其論文第一次較系統(tǒng)的介紹了APF的結(jié)構(gòu)和原理。其后在1976年，美國(guó)的一個(gè)學(xué)者提出具體的基于PWM逆變器的APF實(shí)現(xiàn)方案，但因技術(shù)短板而未能被應(yīng)用在實(shí)際中[6][7]。最終直到20世紀(jì)80年代，日本學(xué)者先后提出了一個(gè)檢測(cè)理論和并聯(lián)型APF，再結(jié)合當(dāng)時(shí)PWM控制技術(shù)的進(jìn)步，才使得APF的研究取得了巨大的進(jìn)展。在90年代以后，APF的研究逐漸放在如何應(yīng)用于實(shí)際的工業(yè)場(chǎng)景中。 我國(guó)對(duì)于APF的研究起步相對(duì)較晚，一直到80年代末期，我國(guó)才有了少量濾波器的文獻(xiàn)。通過(guò)很長(zhǎng)一段時(shí)間的發(fā)展，直到時(shí)代的腳步邁入到21世紀(jì)，我國(guó)才在APF的研究上逐漸步入了正軌，研究的范圍在不斷的擴(kuò)展。目前，主要有一些知名的大學(xué)開(kāi)展研究，并和企業(yè)合作開(kāi)發(fā)產(chǎn)品?？傮w來(lái)說(shuō)，對(duì)于APF的各種研究已初具規(guī)模，但國(guó)內(nèi)APF研究還主要以理論上的研究和實(shí)驗(yàn)為主，還沒(méi)有達(dá)到國(guó)外APF的研究水平。本文的主要研究?jī)?nèi)容 本文最開(kāi)始先介紹了諧波的由來(lái)及其帶來(lái)的一些害處，通過(guò)比較現(xiàn)存的抑制諧波的方法，從而展現(xiàn)了有源濾波器的優(yōu)點(diǎn)，然后進(jìn)一步的介紹了APF的結(jié)構(gòu)、不同標(biāo)準(zhǔn)下的分類(lèi)和基本原理，同時(shí)也分別對(duì)諧波檢測(cè)、跟蹤控制以及主電路模塊進(jìn)行了進(jìn)一步的探討和理論研究，下面對(duì)各個(gè)模塊最終采用的具體實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行說(shuō)明：快而準(zhǔn)的諧波檢測(cè)是APF的第一個(gè)環(huán)節(jié)，是有源濾波器能夠正確工作的先決條件，本文諧波檢測(cè)模塊采用的是算法，下文會(huì)對(duì)這種算法進(jìn)行詳細(xì)的介紹；跟蹤控制是整個(gè)研究的靈魂所在，本文介紹了幾種常用的控制模塊，最終采用了傳統(tǒng)的PI控制法控制PWM產(chǎn)生器產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖來(lái)驅(qū)動(dòng)主電路的IGBT元件，使其發(fā)出合理的補(bǔ)償電流；主電路是整個(gè)研究的執(zhí)行環(huán)節(jié)，本文的主電路為，結(jié)構(gòu)采用的是三相三線制并聯(lián)型。 最后本文采用MATLAB/SIMULINK軟件,對(duì)研究所得的最終方案進(jìn)行了模擬分析，依次搭建了檢測(cè)、控制、主電路模塊的具體模型，并最終封裝組合成有源濾波器的整體模型，仿真驗(yàn)證了各個(gè)模塊的作用，證明了所選理論的合理性。另外又將APF模型放在三種不同的諧波源系統(tǒng)中，逐個(gè)進(jìn)行仿真分析，對(duì)比了在各系統(tǒng)中加裝APF前后，電網(wǎng)電流畸變率的變化，從而驗(yàn)證了整個(gè)有源濾波器的功效。有源濾波器的理論基礎(chǔ)有源濾波器的分類(lèi)站在不同的角度，APF有著不同的分類(lèi)，對(duì)于APF的分類(lèi)大致可概括為如下幾個(gè)方面[8]，如圖2-1：圖STYLEREF1\s2SEQ圖\*ARABIC\s11不同角度下對(duì)APF的大致分類(lèi)有源濾波器的結(jié)構(gòu) 雖然APF的種類(lèi)很多，但并聯(lián)型APF由于其方便接入電網(wǎng)，且易于擴(kuò)充容量等優(yōu)點(diǎn)成為了目前最普遍應(yīng)用的有源濾波器，所以本文主要探討這種結(jié)構(gòu)形式的APF，其結(jié)構(gòu)如圖2-2[7]：圖STYLEREF1\s2SEQ圖\*ARABIC\s12 從圖2-2可知整體的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)大致可以劃分成三大塊：第一塊是三相電壓源，它是用來(lái)產(chǎn)生三相正弦電壓電流的；第二塊是諧波源，采用以整流電路作為諧波源，用來(lái)產(chǎn)生諧波；第三塊是有源濾波器，這是本文設(shè)計(jì)仿真的主要環(huán)節(jié)。下面大體介紹以下圖中的參數(shù)： 另外從圖2-2可以看出本文設(shè)計(jì)的APF主電路采用的是PWM變流器，它有兩種工作狀態(tài)：將其當(dāng)逆變器使用時(shí)，是APF在向電網(wǎng)中發(fā)出所需的補(bǔ)償電流；將其當(dāng)整流器使用時(shí)，是電網(wǎng)在反方向給APF的電容充電。正是由于這兩種不同的工作狀態(tài)相輔相成，才使得主電路可以正常的進(jìn)行工作。有源濾波器的基本原理有源濾波器的工作原理 其原理如下圖2-3：圖STYLEREF1\s2SEQ圖\*ARABIC\s13 圖中虛線框圈住的部分即為有源濾波器的整體結(jié)構(gòu)，歸納起來(lái)說(shuō)，有源濾波器主要包括兩大電路或三大模塊。兩大電路：一是諧波分量的檢測(cè)和運(yùn)算電路；二是生成用于抵消諧波電流的電路。三大模塊：一是諧波電流檢查測(cè)量模塊，含有諧波分量的負(fù)載電流經(jīng)此模塊可以將其中的諧波抽取出來(lái)。二是電流追蹤控制模塊，此模塊可精準(zhǔn)跟蹤檢測(cè)出的諧波分量的變化，然后將控制信號(hào)給到主電路。三是補(bǔ)償電流產(chǎn)生模塊，主電路接受到控制信號(hào)后，向電網(wǎng)發(fā)出補(bǔ)償電流。 下一步利用公式對(duì)有源濾波器的工作原理進(jìn)行進(jìn)一步的說(shuō)明，其公式如下[4]： 由這些式子能夠看出，在交流電網(wǎng)中接入APF后，它會(huì)先將交流電網(wǎng)的電壓和電流測(cè)出來(lái)，得到負(fù)載電流后，經(jīng)APF的檢測(cè)模塊將其中的諧波分量檢測(cè)出來(lái)，并制造一個(gè)與諧波分量大小幅值相等、正負(fù)極性相反的指令電流，然后控制主電路生成與指令電流一樣的電流用于抵消諧波，就得到了我們所希望的電流，從而實(shí)現(xiàn)了改善電網(wǎng)電流波形的目的，這便是APF的工作過(guò)程。諧波電流的檢測(cè)模塊此模塊的正常運(yùn)行是整個(gè)有源濾波器最終能實(shí)現(xiàn)濾波效果的先決條件，若沒(méi)有很好的檢測(cè)策略，就不能很好的從負(fù)載電流中提取出諧波分量，APF后續(xù)環(huán)節(jié)的工作將無(wú)法開(kāi)展，所以找到迅速、靈敏、精準(zhǔn)的檢測(cè)方法是十分有必要的。目前，針對(duì)諧波的檢查與測(cè)量在不斷的進(jìn)步，其主要的方法有：基于無(wú)功功率理論的檢測(cè)方法（主要包括算法和算法）、FFT變換法以及模糊理論檢測(cè)法等等。本文有源濾波器的檢測(cè)環(huán)節(jié)主要采用算法，此方法具有電路結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)易、檢測(cè)速度快、延時(shí)短的優(yōu)點(diǎn)，因此下面對(duì)其進(jìn)行重點(diǎn)討論。1、p-q算法三相瞬時(shí)無(wú)功功率理論的產(chǎn)生對(duì)有源濾波器有著至關(guān)重要的作用，該方法大體思路為：首先對(duì)檢測(cè)出的交流電網(wǎng)的三相電壓和三相電流分解到相互正交的坐標(biāo)系下，得到和，然后由定義算出p和q，再經(jīng)只允許低頻率通過(guò)的濾波器得到中的直流分量，由于這里的直流分量追其根源是由基波電流所產(chǎn)生的，所以可以利用檢測(cè)出的先算出坐標(biāo)系下的電流再經(jīng)過(guò)逆變化變?yōu)樽鴺?biāo)系下的基波電流，最后用交流電網(wǎng)的三相電流減去基波電流，即可算出高次諧波電流。[4]原理圖如2-4：圖STYLEREF1\s2SEQ圖\*ARABIC\s142、算法算法是由由上述算法經(jīng)過(guò)改動(dòng)和完善后而得的，采用算法不用去檢測(cè)電網(wǎng)的電壓，因而即使電網(wǎng)電壓由于某些原因波形發(fā)生了嚴(yán)重的變化，也會(huì)對(duì)最終檢測(cè)出的諧波分量產(chǎn)生影響。所以本論文將采用這種方法實(shí)現(xiàn)諧波檢測(cè)。[9]算法的大體思路與p-q算法大同小異，下面將利用具體的計(jì)算公式對(duì)算法進(jìn)行進(jìn)一步的說(shuō)明：先將三相電流變換到相互正交的坐標(biāo)系下，公式如（2-1）：式中（2-1）與p-q算法不同的是，算法是構(gòu)造了一個(gè)與電網(wǎng)中a相電壓相位一致的的正余弦量sinωt、?cosωt取代了算法中的，并與一起，得出瞬時(shí)有功、無(wú)功電流，公式如（2-2）[10][11]：（2-2）計(jì)算得到的經(jīng)濾波器LPF過(guò)濾后，得到所需的直流分量，這里的直流分量和算法一樣是由正弦電流產(chǎn)生的，因此可利用其計(jì)算出基頻正弦電流，公式如（2-3）：（2-3）最終諧波電流由電網(wǎng)的三相交流電流減掉基頻正弦電流而得，如式（2-4）：（2-4）算法的原理如下：圖STYLEREF1\s2SEQ圖\*ARABIC\s15電流的跟蹤控制模塊電流的跟蹤控制模塊是有源濾波器最為關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)，也是目前有源濾波器研究的重點(diǎn)、難點(diǎn)。它主要起到使APF主電路發(fā)出與我們檢測(cè)出的諧波電流的矢量和恰好為零的補(bǔ)償電流，并且補(bǔ)償電流可以根據(jù)諧波電流的變化而快速的進(jìn)行變化。一般的控制方法有[12]：（1）滯環(huán)控制 這種方法在各種控制系統(tǒng)中比較常用，它的關(guān)鍵是采用了滯環(huán)比較器。這種方法需要先給定標(biāo)準(zhǔn)電流和容許誤差（帶寬），然后以標(biāo)準(zhǔn)電流為基準(zhǔn)，以容許誤差為界限，在標(biāo)準(zhǔn)電流附近形成一個(gè)誤差上下限，構(gòu)造出我們所需要的滯環(huán)。用實(shí)際電流與標(biāo)準(zhǔn)電流作比較，當(dāng)實(shí)際電流與標(biāo)準(zhǔn)電流的差值超出了規(guī)定的容許誤差，滯環(huán)比較器就發(fā)出脈沖信號(hào)，控制主電路電力電子開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，以達(dá)到最終的控制目標(biāo)。其缺點(diǎn)是控制的準(zhǔn)確度會(huì)受所選擇的滯環(huán)帶寬的影響，當(dāng)確定好帶寬后，開(kāi)關(guān)元件的動(dòng)作頻率會(huì)受主電路發(fā)出電流的影響，導(dǎo)致開(kāi)關(guān)元件的動(dòng)作噪音較大。[13]（2）三角載波控制法 由于有PWM變流器，因此可采用利用載波（三角波）與調(diào)制波（正弦波）作大小比較后再進(jìn)行調(diào)制的方法進(jìn)行控制。該方法是將給定的電流與實(shí)際的電流作大小比較之后得到的差值，經(jīng)某些元件放大后，和已知頻率的載波作進(jìn)一步的比較，通過(guò)兩種波的相對(duì)大小關(guān)系，從而發(fā)出對(duì)應(yīng)的脈沖對(duì)主電路進(jìn)行控制的方法。其缺點(diǎn)是會(huì)產(chǎn)生與載波同頻的諧波電流，使損耗變大。（3）諧振控制 顧名思義，諧振控制就是利用電路的諧振原理而進(jìn)行的控制，采用這種控制方法可對(duì)特定頻率的波形進(jìn)行無(wú)差的跟蹤控制。但是諧振控制的局限性也很大，它只能對(duì)特定頻率的波形起作用，要想對(duì)各次諧波都起到一定的作用，就需要對(duì)各次諧波分別打造適宜的控制器，這就使得整個(gè)裝置體積巨大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生產(chǎn)的成本也大大增加。（4）重復(fù)控制 這種控制方法的核心理論是內(nèi)模理論，即閉環(huán)系統(tǒng)的反饋控制器需要有外面擾動(dòng)的動(dòng)態(tài)模型，只有這樣才能使系統(tǒng)不因外部干擾而變得不穩(wěn)定。這種控制具體的做法是被控對(duì)象除了輸入偏差信號(hào)外，還要輸入上一周期對(duì)應(yīng)時(shí)間的偏差，這樣做的好處是即使輸入信號(hào)為0，仍會(huì)續(xù)疊加與上個(gè)周期相同的信號(hào)，這樣就可以把它當(dāng)做任意波形的發(fā)生器。它的缺點(diǎn)是延時(shí)長(zhǎng)、響應(yīng)慢，當(dāng)諧波電流變化大的時(shí)候，重復(fù)控制最少經(jīng)過(guò)一個(gè)周期才能做出反應(yīng)。（5）PI控制 PI控制包含兩個(gè)模塊[14]：一個(gè)是比例模塊，它的作用是反應(yīng)偏差，只要輸入信號(hào)存在偏差，就可以保證PI控制器立刻可以起到相應(yīng)的控制作用。越大，穩(wěn)態(tài)誤差越小，快速性越好。另外一個(gè)是積分模塊，它是用來(lái)是徹底消除誤差，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的無(wú)差調(diào)節(jié)，只要有偏差，積分模塊就會(huì)開(kāi)始工作，直到偏差消失，積分模塊才會(huì)停止工作。 如今，國(guó)內(nèi)外對(duì)于PI控制的研究已經(jīng)比較成熟，PI控制的關(guān)鍵在于對(duì)PI參數(shù)的整定。目前，整定方法有很多，并且對(duì)于像MATLAB等仿真軟件，已經(jīng)有了PI控制器參數(shù)的自整定功能，這都極大的方便了我們對(duì)于PI控制器的使用和研究，另外PI控制結(jié)構(gòu)也較簡(jiǎn)單，所以本論文主要應(yīng)用PI控制的方法對(duì)電流進(jìn)行跟蹤控制。PI控制表達(dá)式如下：（2-5）補(bǔ)償電流產(chǎn)生模塊（APF的主電路） 根據(jù)APF裝入電網(wǎng)的連合形式分類(lèi)，可分為并聯(lián)形式的APF和串聯(lián)形式的APF，由于本文諧波源采用整流電路且?guī)в凶韪行载?fù)載，故本文采用可表現(xiàn)出電流源特性的并聯(lián)型APF；根據(jù)實(shí)際電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類(lèi)，APF有三相三線形式和三相四線形式兩種結(jié)構(gòu)，本論文APF采用應(yīng)用較多的三相三線制拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，根據(jù)主電路的PWM變流器直流側(cè)所使用的元件分類(lèi)，元件為電感的稱(chēng)為電流型；元件為電容的稱(chēng)為電壓型，由于電流型APF中的電感元件始終在耗費(fèi)電能，這樣就會(huì)使得主電路額外消耗的電能增大[4]，另外電流型APF單臺(tái)容量小且不能級(jí)聯(lián)使用，所以目前廣泛應(yīng)用的是電壓型APF，故本論文也主要研究電壓型APF。 綜上所述，本文研究的APF結(jié)構(gòu)采用能夠并聯(lián)接入電網(wǎng)的三相三線制結(jié)構(gòu)，且主電路使用電壓型的變流器，其結(jié)構(gòu)圖如圖2-6所示：圖STYLEREF1\s2SEQ圖\*ARABIC\s16主電路結(jié)構(gòu)圖在實(shí)際應(yīng)用中，開(kāi)關(guān)元件的種類(lèi)多種多樣，圖2-6中電力電子開(kāi)關(guān)元件采用的是性能較好的IGBT，在設(shè)計(jì)有源濾波器時(shí)，還應(yīng)特別關(guān)注的問(wèn)題是直流側(cè)電容值的選取。APF的工作過(guò)程中，直流側(cè)電容會(huì)一直不斷的重復(fù)充、放電的過(guò)程，為保證有源濾波器的良好的濾波效果，就必須要使其直流側(cè)電容兩端的電壓基本保持不變，所以對(duì)于電容值的選取是至為關(guān)鍵的，電容值大小會(huì)直接關(guān)系到電壓的波動(dòng)。其取值越大，電壓越穩(wěn)定，APF的性能也越好。但隨著電容值的增大，使電容器制造的成本也在不斷的增大。[15]有源濾波器的仿真研究在第二章部分，本文已經(jīng)對(duì)有源濾波器各個(gè)模塊的具體實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了詳細(xì)的理論研究，并通過(guò)比較，最終確定出了有源濾波器各個(gè)模塊所采用的具體方法。此外，本文還將利用所選擇的理論借助MATLAB\SIMULINK軟件搭建出各個(gè)模塊的具體模型，并組裝成最終的APF整體模型，接下來(lái)，本文分別在三種場(chǎng)景下對(duì)該模型進(jìn)行模擬仿真，由此驗(yàn)證了APF模型的有效性，以及各個(gè)模塊所用方法的正確性。MATLAB/SIMULINK概述 MATLAB由美國(guó)發(fā)明的一個(gè)軟件，其除了具有優(yōu)異的計(jì)算能力外，它還具有專(zhuān)業(yè)的文字信息處理、模型建立與仿真等功能。[16]一直以來(lái)，MATLAB憑借其優(yōu)異的數(shù)學(xué)計(jì)算和仿真等功能，被國(guó)際學(xué)術(shù)界廣泛應(yīng)用，成為如今國(guó)際上十分先進(jìn)的科研軟件。MATLAB的工具箱有很多，SIMULINK就是MATLAB的眾多工具箱之一，它是MATLAB的一種可視化、操作方便的仿真工具，主要的功能是對(duì)一些系統(tǒng)建立模型，并對(duì)所建模型進(jìn)行仿真分析。SIMULINK大致包括兩個(gè)部分，即仿真基礎(chǔ)平臺(tái)和仿真模型庫(kù)，其致力于研究用一些常用函數(shù)表示的系統(tǒng)。SIMULINK使用起來(lái)也非常的簡(jiǎn)單、方便，用戶在使用是時(shí)，對(duì)于一些簡(jiǎn)單的模塊，可直接利用鼠標(biāo)從SIMULINK庫(kù)中找出并拉到模型窗口上進(jìn)行使用，豐富的SIMULINK庫(kù)大大減少了用戶的工作量。當(dāng)建立好所需模型后，再使用該軟件對(duì)其進(jìn)行仿真分析，實(shí)現(xiàn)我們的科研目標(biāo)。隨著當(dāng)前計(jì)算機(jī)軟件的大力發(fā)展，越來(lái)越多的學(xué)習(xí)軟件可以與MATLAB/SIMULINK軟件結(jié)合使用，為MATLAB/SIMULINK軟件提供輔助功能，這更加促進(jìn)了該軟件的發(fā)展，SIMULINK的發(fā)展必將開(kāi)創(chuàng)嶄新的一頁(yè)。在有源濾波器整個(gè)仿真研究中，我們也主要用到了MATLAB的SIMULINK工具箱,通過(guò)該軟件對(duì)各個(gè)模塊搭建出具體的模型，并對(duì)最終的動(dòng)態(tài)模型進(jìn)行仿真分析。有源濾波器模型的建立 通過(guò)前幾章對(duì)有源濾波器的理論研究，已經(jīng)很清楚的知道了有源濾波器的基本組成結(jié)構(gòu)，明白了有源濾波器模型的建立實(shí)質(zhì)上就是三個(gè)模塊模型的建立，下面本文將對(duì)各個(gè)模塊的模型一一進(jìn)行搭建。諧波電流檢測(cè)模塊模型 檢測(cè)模塊是用來(lái)檢查測(cè)量出諧波含量，為之后的模塊提供所需的控制模板，其基本實(shí)現(xiàn)理論采用的是算法，該模塊的核心是三相鎖相環(huán)PLL和濾波器參數(shù)的計(jì)算及整定，此處濾波器采用的是低通濾波器，其截止的臨界頻率取40Hz。該模塊的仿真模型如圖3-1：圖STYLEREF1\s3SEQ圖\*ARABIC\s11 將圖3-1所展示的APF的諧波檢測(cè)模型加裝在下文3.3.1常規(guī)諧波源下進(jìn)行仿真分析后，得到的諧波分量以及基頻正弦電流波形由圖3-2所展示：圖STYLEREF1\s3SEQ圖\*ARABIC\s12圖3-2中上下兩圖分別表示圖3-7所示三相電流經(jīng)檢測(cè)模塊后，被分解出的諧波電流和基波電流波形圖。圖中橫軸為進(jìn)行仿真模擬的時(shí)間（s），縱軸為示波器所示的電流大小。為了方便觀察，圖中分別用黑、紅、藍(lán)三色來(lái)表示A、B、C三相。由圖示結(jié)果可知，利用算法和濾波器可以較準(zhǔn)確的抽取出常規(guī)諧波源（圖3-6所示）系統(tǒng)中負(fù)載電流（圖3-7所示）所含的諧波分量，從而驗(yàn)證了有源濾波器檢測(cè)模塊的有效性。電流的追蹤及控制模塊 該模塊所使用的理論為傳統(tǒng)的PI控制理論，對(duì)于PI控制器比例常數(shù)和積分常數(shù)的整定，本文主要采用臨界比例度法并經(jīng)多次調(diào)整，最終確定出來(lái)適宜的參數(shù)。其模型圖如下：圖STYLEREF1\s3SEQ圖\*ARABIC\s13補(bǔ)償電流產(chǎn)生模塊有源濾波器的主電路是整個(gè)有源濾波器的執(zhí)行環(huán)節(jié)。，由于加在電容上的電壓應(yīng)基本維持不變，這不僅對(duì)電容值的要求較高，而且還需要對(duì)電容進(jìn)行穩(wěn)壓控制，會(huì)導(dǎo)致主電路的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜[11]，所以，為了簡(jiǎn)化主電路的結(jié)構(gòu)，本文用直流電壓源來(lái)替換了原來(lái)主電路直流側(cè)的電容。模型中直流電壓源U取100V，電阻R為0.8Ω，電感L為2mH，其具體模型如下：圖STYLEREF1\s3SEQ圖\*ARABIC\s14在圖3-6展示的含常規(guī)諧波源的系統(tǒng)中，對(duì)上圖進(jìn)行仿真分析后，其發(fā)出的補(bǔ)償電流與上述檢測(cè)模塊檢查測(cè)量出的諧波電流波形如圖3-5上下兩圖所示：圖中橫軸為進(jìn)行仿真模擬的時(shí)間（s），縱軸為示波器所示的電流大小。為了方便觀察，圖中分別用黑、紅、藍(lán)三色來(lái)表示A、B、C三相。圖STYLEREF1\s3SEQ圖\*ARABIC\s15根據(jù)圖3-5的展示可以十分明顯的看出，生成的補(bǔ)償電流與檢查測(cè)量出的諧波電流不僅大小幅值相等，而且正負(fù)極性也相反，這兩個(gè)電流恰好互為抵消。這種結(jié)果正是我們所希望的，所以其強(qiáng)有力地證明了本文所使用的主電路模型是滿足設(shè)計(jì)要求的。不同諧波源下驗(yàn)證有源濾波器的濾波效果常規(guī)諧波源下（諧波源為整流電路） 整流電路可以被當(dāng)做電流源，對(duì)于這種諧波源，并聯(lián)型的作用比較明顯，所以其被大量應(yīng)用于整流電路的濾波中，本論文采用三相整流橋電路，且其后帶阻感性的負(fù)載來(lái)模擬諧波源，其中負(fù)載的電阻為1Ω，電感為1mH。另外，交流電網(wǎng)中的三相電壓U為25kV，電網(wǎng)的頻率f為60Hz，變壓器的變比n為25000/600。本文上述諧波檢測(cè)模塊和主電路模塊所得的電流波形圖，都是對(duì)此模型進(jìn)行仿真得來(lái)的，所以此模型是本文研究的重點(diǎn)模型。其詳細(xì)模型由下圖所展示：圖STYLEREF1\s3SEQ圖\*ARABIC\s16對(duì)以上模型進(jìn)行模擬仿真后，最終得到的三相電流如圖3-7：圖中橫軸為進(jìn)行仿真模擬的時(shí)間（s），縱軸為示波器顯示的電流大小。為了方便觀察，圖中分別用黑、紅、藍(lán)三色來(lái)表示A、B、C三相。圖STYLEREF1\s3SEQ圖\*ARABIC\s17電流的基波頻率為60Hz，從0.03s開(kāi)始用FFT工具分析上圖30個(gè)周期的波形，最終計(jì)算出THD=68.73%，如圖3-8：：：圖STYLEREF1\s3SEQ圖\*ARABIC\s18在圖3-6所示的交流電網(wǎng)模型的三相電源與整流負(fù)載之間加裝有源濾波器后，整體的仿真模型變?yōu)槿鐖D3-9所示：圖STYLEREF1\s3SEQ圖\*ARABIC\s19加入APF后的系統(tǒng)仿真模型圖對(duì)整體模型進(jìn)行模擬仿真后，電源側(cè)和負(fù)載側(cè)的三相電流波形以及分別對(duì)30個(gè)周期的波形進(jìn)行后，所得結(jié)果如下所示：對(duì)于波形圖，其橫軸為進(jìn)行仿真模擬的時(shí)間（s），縱軸為電流大小，同時(shí)為了方便觀察，圖中分別用黑、紅、藍(lán)三色來(lái)表示A、B、C三相；對(duì)于FFT分析圖，其橫坐標(biāo)為電流分解出的各分量的頻率（HZ），縱坐標(biāo)為各頻率電流分量的含量，表頭左側(cè)為基波頻率含量，右側(cè)為總畸變率THD。電源側(cè)：加入APF后，電源側(cè)電流如下：圖STYLEREF1\s3SEQ圖\*ARABIC\s110電流的基波頻率為60Hz，從0.03s開(kāi)始用FFT工具分析上圖30個(gè)周期的波形，最終計(jì)算出THD=3.02%，如圖3-11：圖STYLEREF1\s3SEQ圖\*ARABIC\s111負(fù)載側(cè)：加入APF后，負(fù)載側(cè)三相電流如下：圖STYLEREF1\s3SEQ圖\*ARABIC\s112電流的基波頻率為60Hz，從0.03s開(kāi)始用FFT工具分析上圖30個(gè)周期的波形，最終計(jì)算出THD=16.41%，如圖3-13：：圖STYLEREF1\s3SEQ圖\*ARABIC\s113 由以上結(jié)果可明顯看出，交流電網(wǎng)在未加裝有源濾波器時(shí)，電源電流受非線性負(fù)載的影響較大，三相交流電流的波形均與理想波形偏差較大，計(jì)算出的THD較大；但加裝有源濾波器后，電源側(cè)電流的THD由未加裝有源濾波器時(shí)68.73%（如圖3-8），減小到了3.02%（如圖3-11）；負(fù)載側(cè)電流的THD也由68.73%（如圖3-8）減小到了16.41%（如圖3-13）。這些數(shù)據(jù)都充分證明了本文所搭建有源濾波器模型的有效性，說(shuō)明了有源濾波器對(duì)于這種諧波源在濾波方面有著較好的表現(xiàn)。有源濾波器在高壓直流輸電系統(tǒng)中的應(yīng)用 由于直流輸電相比交流輸電有著輸電線路制造的經(jīng)濟(jì)性好、能量損耗小、可以實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)距離傳輸電能等優(yōu)點(diǎn)，因此高壓直流輸電目前備受?chē)?guó)際關(guān)注。我國(guó)幅員遼闊、東西、南北地區(qū)跨度較大，發(fā)電能源更多位于我國(guó)的北部和西部，而電能的消費(fèi)中心卻集中在沿海的東部，這就導(dǎo)致我國(guó)不得不采取“西電東送”的措施，所以發(fā)展高壓直流輸電（HVDC）對(duì)我國(guó)來(lái)說(shuō)意義非凡。[17]由于HVDC系統(tǒng)的整流站和逆變站中存在著大量的電子開(kāi)關(guān)器件，會(huì)生成很多的諧波分量，所以必須采用濾波器對(duì)交流側(cè)及直流側(cè)進(jìn)行濾波，本文主要研究有源濾波器在12脈波高壓直流輸電系統(tǒng)中整流站交流側(cè)的應(yīng)用,所以將APF加裝在了三相電源與整流站之間，其具體模型圖如下所示：圖STYLEREF1\s3SEQ圖\*ARABIC\s114高壓直流輸電模型圖模型參數(shù)設(shè)置：三相電源：左端：UN為500kV，f為60Hz。右端：UN為345kV，f為50Hz；交流線路等效參數(shù)：左側(cè)：電阻為26.07Ω，電感為48.86mH。右側(cè)：電阻為6.205Ω，電感為13.96mH。有源濾波器：采用進(jìn)行封裝后的APF模塊控制環(huán)節(jié)：高壓直流輸電系統(tǒng)的控制環(huán)節(jié)比較復(fù)雜，由于本文主要研究APF的濾波效果，故不對(duì)此處進(jìn)行介紹。對(duì)所搭建的模型進(jìn)行仿真分析，并用FFT工具分析得出的三相電流波形，結(jié)果如下所示：對(duì)于波形圖，其橫軸為進(jìn)行仿真模擬的時(shí)間（s），縱軸為電流大小，同時(shí)為了方便觀察，圖中分別用黑、紅、藍(lán)三色來(lái)表示A、B、C三相；對(duì)于FFT分析圖，其橫坐標(biāo)為電流分解出的各分量的頻率（HZ），縱坐標(biāo)為各頻率電流分量的含量，表頭左側(cè)為基波頻率含量，右側(cè)為總畸變率THD。未加裝APF時(shí)：整流站交流側(cè)的電流如圖3-15：圖STYLEREF1\s3SEQ圖\*ARABIC\s115電流的基波頻率為60Hz，從0.5s開(kāi)始用FFT工具分析上圖30個(gè)周期的波形，最終計(jì)算出THD=9.14%，如圖3-16：圖STYLEREF1\s3SEQ圖\*ARABIC\s116加裝APF后：整流站交流側(cè)的電流如圖3-17：圖STYLEREF1\s3SEQ圖\*ARABIC\s117電流的基波頻率為60Hz，從0.5s開(kāi)始用FFT工具分析上圖30個(gè)周期的波形，最終計(jì)算出THD=1.28%，如圖3-18：圖STYLEREF1\s3SEQ圖\*ARABIC\s118 由以上結(jié)果可以明顯看出，從波形上來(lái)看：當(dāng)加裝有源濾波器后，交流側(cè)的三相電流波形改善效果明顯，更加接近標(biāo)準(zhǔn)的正弦波。從測(cè)出的THD來(lái)看：其三相電流THD由未加裝時(shí)的9.14%（圖3-16所示），降低到了1.28%（圖3-18所示）。這些結(jié)論都很好的證明APF在高壓直流輸電系統(tǒng)中起到了良好的濾波作用。但本文設(shè)計(jì)的有源濾波器主要體現(xiàn)在它的濾波功能，真正的高壓直流輸電系統(tǒng)的濾波器不僅有濾波功能，還應(yīng)有對(duì)無(wú)功進(jìn)行補(bǔ)償?shù)墓δ?，所以這里要想使整個(gè)系統(tǒng)可以良好的運(yùn)行，就要求除了在系統(tǒng)中加裝APF外，還需要另外加裝一些用于補(bǔ)償無(wú)功的設(shè)備。有源濾波器在TCR電路中的應(yīng)用 TCR主要是用來(lái)調(diào)節(jié)電網(wǎng)電壓的，它是通過(guò)改變晶閘管的通斷時(shí)間來(lái)改變無(wú)功功率，從而控制交流電網(wǎng)的電壓。觸發(fā)角的范圍為到，只要大于，電流波形就會(huì)由于發(fā)生斷續(xù)而產(chǎn)生諧波電流，這里的諧波分量就需采用一定的方法濾除，否則就會(huì)污染整個(gè)電網(wǎng)。單相TCR的原理接線圖如圖3-19所示：圖STYLEREF1\s3SEQ圖\*ARABIC\s119單相TCR接線圖 理論上，TCR電路正半軸和負(fù)半軸的電流波形是嚴(yán)格關(guān)于橫軸對(duì)稱(chēng)的，因而只會(huì)產(chǎn)生奇次諧波，為特征諧波，但是在實(shí)際投入使用中，由于存在三相電抗器的電感參數(shù)不會(huì)完全對(duì)稱(chēng)、觸發(fā)脈沖間隔不相等、電網(wǎng)三相電壓不能一直保持嚴(yán)格對(duì)稱(chēng)等問(wèn)題，TCR電路還會(huì)產(chǎn)生非特征諧波。這些諧波注入電網(wǎng)，會(huì)給電網(wǎng)帶來(lái)一定的危害，所以應(yīng)采用一些方法將其削弱或消除，例如加裝濾波器等。普通的濾波器由于只可以對(duì)已知次數(shù)的諧波起作用，其濾波作用局限性較大，所以本文主要研究有源濾波器在三相TCR電路中的應(yīng)用，所研究的TCR為三角形聯(lián)結(jié)。[18]其原理圖如下：圖STYLEREF1\s3SEQ圖\*ARABIC\s120將封裝好的APF模塊加裝在三相電源與三相TCR之間后，所搭建的具體模型如圖3-21：圖STYLEREF1\s3SEQ圖\*ARABIC\s121TCR電路模型圖此模型中參數(shù)的設(shè)置：三相電源：Um為380V,f為50Hz，三個(gè)電源相角逐一設(shè)置為非線性負(fù)載：晶閘管脈沖的觸發(fā)角不一樣，所得的電流波形就不一樣，并且觸發(fā)角越大，電流的諧波含量就越多。本文以諧波含量較小的，觸發(fā)角為時(shí)的電流波形為例來(lái)研究APF的濾波效果，所以6個(gè)晶閘管所給脈沖信號(hào)的延遲角依次設(shè)置為0.02*15/36；0.02*33/36；0.02*39/36；0.02*57/36；0.02*27/36；0.02*45/36。后接的阻感負(fù)載的電阻一般較小，所以此處將電阻值忽略，使負(fù)載x1、x2、x3為純電感負(fù)載，電感值都設(shè)置為50mH。三相負(fù)載采用了常用的三角形聯(lián)結(jié)方式接入電網(wǎng)。有源濾波器：此處的APF是對(duì)上述三個(gè)模塊進(jìn)行封裝后，使其成為了一個(gè)整體的子系統(tǒng)，直接搭建在了電源和非線性負(fù)載之間。對(duì)以上模型進(jìn)行仿真分析，得出的三相電源電流波形并對(duì)電源電流波形進(jìn)行FFT頻譜分析，所得結(jié)果如下所示：對(duì)于波形圖，其橫軸為進(jìn)行仿真模擬的時(shí)間（s），縱軸為電流大小，同時(shí)為了方便觀察，圖中分別用黑、紅、藍(lán)三色來(lái)表示A、B、C三相；對(duì)于FFT分析圖，其橫坐標(biāo)為電流分解出的各分量的頻率（HZ），縱坐標(biāo)為各頻率電流分量的含量，表頭左側(cè)為基波頻率含量，右側(cè)為總畸變率THD。未加裝APF時(shí)：電源側(cè)的三相電流如下：圖STYLEREF1\s3SEQ圖\*ARABIC\s122電流的基波頻率為50Hz，從0.03s開(kāi)始用FFT工具分析上圖30個(gè)周期的波形，最終計(jì)算出THD=8.11%，如圖3-23：圖STYLEREF1\s3SEQ圖\*ARABIC\s123加裝APF后：電源側(cè)的電流為圖3-24：圖STYLEREF1\s3SEQ圖\*ARABIC\s124電流的基波頻率為50Hz，從0.03s開(kāi)始用FFT工具分析上圖30個(gè)周期的波形，最終計(jì)算出THD=2.22%，如圖3-25：圖STYLEREF1\s3SEQ圖\*ARABIC\s125加入APF后電源側(cè)電流FFT分析圖 由以上結(jié)果可以明顯的看出加裝有源濾波器后，TCR電路的THD由未加裝時(shí)的8.11%（圖3-23所示），降低到了2.22%（圖3-25所示），并且三相電流波形也由一開(kāi)始的畸變波形，變?yōu)榱溯^標(biāo)準(zhǔn)的正弦波。這些都有效的證明了有源濾波器對(duì)TCR電路有著一定的濾波效果，也進(jìn)一步證實(shí)了將有源濾波器應(yīng)用在TCR電路的可行性。結(jié)論與展望主要內(nèi)容和結(jié)論 當(dāng)前社會(huì)，電能的用量驚人，并且隨著社會(huì)的發(fā)展，電能的使用量也必將會(huì)越來(lái)越多，為了滿足廣大用戶的需求，電力市場(chǎng)勢(shì)必會(huì)進(jìn)一步的發(fā)展和壯大，這就要求電能的生產(chǎn)、輸送等部門(mén)一定要嚴(yán)格把控質(zhì)量關(guān)口。所以對(duì)于如何提高電能的質(zhì)量，一定會(huì)越來(lái)越受關(guān)注，成為當(dāng)今和未來(lái)研究的重中之重。其中，本文所研究的有源濾波器就是致力于補(bǔ)償諧波，改善的電能質(zhì)量的一個(gè)重要工具，主要內(nèi)容為：（1）本文先簡(jiǎn)單介紹了電力環(huán)境面臨的諧波問(wèn)題，對(duì)應(yīng)這個(gè)問(wèn)題提出并分析比較了幾種解決的方法，在此基礎(chǔ)上確定了本文要研究有源濾波器，然后對(duì)其現(xiàn)今的發(fā)展現(xiàn)狀作了簡(jiǎn)單的闡述，還對(duì)有源濾波器作了大致的分類(lèi)，最終確定了本文要研究有源濾波器的最終結(jié)構(gòu)，并闡述了其原理和構(gòu)造。（2）本文討論并確定出APF各模塊最終要使用的方法：檢測(cè)模塊：通過(guò)比較各種檢測(cè)方法，本文確定使用基于無(wú)功功率理論的算法，因?yàn)榧词菇涣麟娋W(wǎng)電壓波形發(fā)生嚴(yán)重的畸變，這種算法的運(yùn)算過(guò)程也不會(huì)受到電壓諧波分量的影響，這就使檢測(cè)環(huán)節(jié)的適應(yīng)性、抗干擾性較強(qiáng)，同時(shí)也使檢測(cè)所得的結(jié)果也比較準(zhǔn)確，此模塊的關(guān)鍵是對(duì)低通濾波器和鎖相環(huán)PLL參數(shù)的設(shè)置?？刂颇K：本文采用的是PI控制，因?yàn)槟壳皩?duì)于傳統(tǒng)的PI控制理論的研究已經(jīng)十分成熟，它不僅