1引言
1.1电力系统谐波的产生、危害及治理措施
(1)谐波的频率含量十分丰富，容易引起电力系统负荷设备发生电路谐振现象。电力系统感性负荷附近往往并联电容器，不但可以补偿无功功率，提高功率因数，还可以对屯压起到滤波作用。电容器与电力系统线路电感与之间存在一个谐振频率，在工频电压下电容器正常工作，若电压中包含了谐振频率的谐波，电容器与电力系统容易发生谐振，电流激增几倍甚至十倍，常常烧毁电容器和串联的电抗器。
(2)谐波会增加电网有功损耗，增加输电线路损耗；谐波会危害电力系统中电缆、架空线、绝缘子、电容器等设备的绝缘性能，高次谐波会造成电压电流波形尖峰或毛刺增多，造成局部温度增加，缩短了设备使用寿命；谐波会增加架空线路电晕现象，增加电晕损耗；谐波会增大电流变化率di/dt，降低断路器的开断能力。
(3)对于精密制造行业的敏感类负荷设备，谐波会造成供电电压波形、幅值或频率等不稳定，造成设备无法持续正常工作，频繁启停设备干扰企业正常生产，带来巨大经济损失。
(4)电力系统继电保护装置一般以电流有效值为判断条件，谐波会干扰计量，造成保护装置判断错误，继而保护装置误动作或者拒动作，引起电力系统故障。
(5)谐波会千扰对通信机房、信号基站等通信设施的正常运行，增大通信信号噪声，影响电视机、无线电、手机等终端接收设备，降低通信质量。
(6)谐波会造成电力系统功率计量误差，谐波会产生畸变功率，降低功率因数。
(7)对于三角形连接的变压器，三次谐波会在变压器三相线圈中产生环流，严重时损毁变压器；对于电力系统中线，三次谐波会使中线线路发热，严重时烧毁线路发生火灾。
鉴于谐波危害电力系统稳定运行，危害电力系统设备的安全运行，对电力系统产生安全隐患，降低电力系统用户的电能质量和供电可靠性，电力系统谐波必须得到相应的治理。世界许多国家和国际权威组织都发布了限制电网谐波的标准。国际上关于谐波的较有影响的标准有：美国电气电子工程师协会的IEEE519-1992标准，国际电工委员会的IEC555-2标准。我国先后颁布了 GB/T14549-1993《电能质量公用电网谐波》国家标准、GB/T15543-1995《电能质量三相电压允许不平衡.度》等标准。这些标准限定了谐波源注入电网的谐波电流以及并网点谐波电压的大小，保护电网设备免受谐波源干扰。例如GB/T14549-1993标准中对谐波源注入电网谐波电流大小的限定如表1.1所示。
1.2有源滤波器的发展和国内外研究现状
20世纪六十年代末，通过向电网注入谐波电流来治理谐波的思想首次被提出，形成了 APF思想的雏形，在七十年代得到了不断发展，最终形成了 APF的基本概念和原理。七十年代末，PWM变流器被提出作为APF基本结构，奠定了 APF电路拓扑的基础，是目前研究应用最多的电路拓扑结构。随着电力电子器件技术进步，APF电路拓扑的研究也取得了不断发展和成熟。1984年，瞬时无功功率理论由赤木泰文等学者提出，得到了广泛的研究，不断被完善，取代模拟滤波器和傅立叶变换等早期谐波提取算法，成为了谐波分析检测最重要的理论，极大的推动了 APF的发展。近些年來，APF在电路拓扑、PWM变流器控制理论和谐波分析理论三方面不断发展和成熟，逐渐从实验室研究阶段进入工业实际应用阶段。
2有源滤波器的原理和控制方法
2.1有源滤波器的结构与原理
APF可以通过并联或串联的方式与电力系统连接，因此分为并联型和串联型两种基本类型。并联型APF的电路示意图如图2.1(a)所示，串联型有源电力滤波器的电路拓扑示意图如图2.1(b)所示。并联型APF可以等效成一个电流源，输出谐波电流，降低电力系统电流中的谐波分量；串联型APF可以等效成一个电压源，输出谐波电压，降低电力系统电压中的谐波分量。并联型APF的电路示意图如图2.1(a)如下所示，串联型有源电力滤波器的电路拓扑示意图如图2.1(b)所示。
目前电力系统谐波治理大多数以治理谐波电流为主，接入点电压谐波念量与补偿后电源电流谐波含量及接入点短路阻抗有关，一般情况下，补偿后电源电流和接入点电压谐波含量都会得到有效的降低；此外串联型APF在安装、投切和故障后退出运行方面比并联型APF复杂，因此目前串联型APF很少单独使用，经常与并联型APF混合使用。电力系统是三相的，因此APF按照是否有中线分为三相三线制和三相四线制[8]。三相三线制APF常见电路拓扑如图2.2(a)(b)所示。
3 并联型有源电力滤波器……………………. 17
3.1 有源滤波器主电路参数计算……………………. 17
3.1.1直流侧电容……………………. 17
3.1.2交流侧电感……………………. 19
3.2 仿真模型……………………. 23
3.3 仿真分析……………………. 26
3.4 本章小结……………………. 29
4 基于TMS320F28335的样机设计……………………. 31
4.1 主电路与关键电气参数设计 …………………….31
4.2 有源滤波器样机控制器硬件设计……………………. 35
4.2.1控制器双DSP构架……………………. 35
4.2.2幵发板外围电路设计……………………. 35
4.3 有源滤波器控制器软件开发……………………. 38
4.4 数字IIR低通滤波器……………………. 44
4.5 触摸屏人机交互界面……………………. 45
4.5.1 Modbus 通讯协议……………………. 46
4.5.2通信程序流程与交互界面……………………. 47
4.6 本章小结……………………. 48
5 有源滤波器样机实验……………………. 49
5.1 样机模拟投切实验……………………. 49
5.2 不同电压等级的滤波实验……………………. 50
结论
有源滤波器可以有效的治理电力系统的谐波，提高电能质量，是一种非常重要的电力电子设备。本文以三相四线制有源滤波器为研究对象，对瞬时无功功率理论在谐波检测方面展开了广泛而深入的理论研究和仿真实验；结合工业实际负荷状况，在有源滤波器参数设计方面做出了一定的研究成果，针对直流侧电容、交流侧连接电抗、三角波控制算法PI参数、直流侧电容电压稳定控制PI参数，提出一种满足绝大部分应用场合的参数设计公式；研制一台220V20A三相四线制有源滤波器，并且展开了大量的样机实验研究。论文完成的主要工作如下：
(1)本文分析了瞬时无功功率理论的数学理论基础，重点分析了基于瞬时无功功率理论的p-g检测方法和检测方法的工作原理和特点，提出了三角波控制算法下PI参数的确定方法和调试范围
(2)对有源滤波器电路的两个重要参数——直流侧电容和交流侧电感值进行了理论分析和计算，然后根据之前有源电力滤波器的原理和控制方法，设计了基于Matlab的仿真电路，并在此基础上对有源电力滤波器的性能进行了研究分析。仿真结果显示了有源滤波器良好的补偿特性，验证了之前的控制方法的正确性。
(3)基于上述理论研究工作，本文最终得到了一套有源滤波器整个系统的集成设计方法，包括电气主电路参数、控制器硬件方案、控制软件平台等，并且解决了锁相困难和数字低通滤波器设计等技术难题，最终研制了一台有源滤波器，进行了大量的样机实验，验证了本文的理论研究成果是正确的，是具有工程实用价值的。