第一章绪论
1.1课题的背景及意义
随着各种电能质量敏感设备，计算机等信息设备，使得人们对电能质量的要求也日益提高。为了解决这些问题，保证电力系统的稳定，提高电能质量，人们开始利用各种无源和有源滤波技术来缓冲匹配非线性负载，从而将其负面影响减到最低。有源电力滤波器作为一种理想的谐波电流发生源，产生与畸变源大小相等方向相反的谐波电流以抵消其畸变分量，从而使电源电流波形成为正弦波。在电网谐波污染日益严重的今天，具有良好的谐波补偿效果的有源电力滤波器越来越引起人们的重视。
1.2有源滤波技术的历史发展
有源电力滤波器的思想最早出现于1969年B.M.Bird和J.FMarsh的论文中。文中描述了通过向交流电源注入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。1971年，日本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。二十世纪七十年代初有源电力滤波器的基本原理和电路拓扑结构就己经基本确定，但当时由于受到功率半导体器件水平以及控制策略的限制，有源电力滤波器的研制一直处于试验研究阶段。直到进入八十年代以来，随着新型电力半导体器件的不断发展、脉宽调制技术的不断进步以及瞬时无功功率理论的谐波电流瞬时检测方法的提出，使有源电力滤波器得到迅速发展。
自1982年世界第一台APF(SOOkvA)在日本研制成功并被正式投入使用以来，经过20多年的研究和探索，APF技术得到了长足的发展，越来越多的APF投入运行，不论是从实现功能还是运行功率上都有明显改善。在日木，已投入使用的APF功率范围从50kVA到60MVA越来越宽，从谐波补偿到抑制闪变和电压调节，应用范围越来越丰富。目前，有源电力滤波器已用在提高电能质量，解决三相电力系统中终端电压调节、电压波动抑制、电压平衡改善以及谐波消除和无功补偿等问题。近年来随着电力电子技术、控制技术和数字信号处理技术的发展，特别是GTO、IGB丁等自关断器件的出现和高性能DSP芯片的应用，有源电力滤波器已经进入实用阶段，在欧美一些国家和日本己经月几始大量使用有源电力滤波器来补偿电网中的谐波以提高电能的质量。与国外相比，我国的有源滤波技术还处在研究阶段，工业中只有少数儿台投入运行。
随着我国国民经济的飞速发展，电力系统高次谐波问题的日益严重，对电力有源滤波器的研究与应用要提高到一个新的认识高度。伴随着我国电能质量治理工作的深入开展，利用APF进行谐波治理将会具有巨大的市场应用潜力，有源滤波技术必将得到广泛的应用。
1.3有源滤波技术的研究现状
由于有源滤波存在的不足和缺陷，目前国内市场上主要以无源滤波为主;国际上以ABB、ABLEREX(爱普瑞斯)、诺基亚、施耐德(梅兰日兰)、西门子为代表，国内以山大华天，哈工大、西安赛博、南京亚派为代表，另外清华大学电机系研制的CleanPower系列有源电力滤波器在自适应能力，稳定性以及对各种延时的最优补偿方面有了长足的进展，成为了最先进的产品之一。随着电力电子技术的进步，有源电力滤波器以其巨大的技术优势、强大功能、逐渐下降的价格，必将最终取代传统的电容型无功补偿装置，占据市场主流。有源电力滤波器可以在单相、三相三线、三相四线制系统中使用，既可以用于指定负载，也可以用于配电系统公共连接点。近些年来，随着电力电子器件的发展和学术研究的提高，有源电力滤波器主电路结构更复杂，检测和处理的信号更多，对实时性要求更高，控制技术的要求也更为严格。
第二章有源电力滤波器的理论
2.1有源电力滤波器的分类
有源电力滤波器有多种分类方法。根抓应用场合不同，有源电力滤波器可分为直流有源电力滤波器和交流有源电力滤波器两大类。直流有源电力滤波器主要用来消除高压直流输电系统中变流器直流侧的电压、电流谐波;而交流有源电力滤波器则是应用于交流电力系统各个电压等级的有源滤波，也就是通常所说的有源电力滤波器APF。根抓有源电力滤波器中PWM逆变器直流侧所用储能元件的不同，APF又分为电压型APF(储能元件为电容器)和电流型APF(储能元件为电感器)。电流型APF相比，电压型APF损耗较小、效率高，因此目前国内外绝大多数APF都采用电压型逆变器结构。根据有源电力滤波器接入电力系统的方式不同，交流有源电力滤波器可分为并联型、串联型、混合型和串一并联型有源电力滤波器。其中并联型有源电力滤波器又分单独使用方式、注入电路方式和与旋转电机并用方式等。有源电力滤波器与无源滤波器一起使用的则称为混合型有源电力滤波器，它又分为串联混合型有源电力滤波器和并联混合型有源电力滤波器。本文采用的是单独使用的并联型的APF，其结构模型如图2一l所示:
第三章 有源滤波器的建模.................. 29-36
3.1 MATLAB简介.................. 29-31
3.1.1 MATLAB的特点.................. 29-30
3.1.2 SIMULINK介绍 ..................30
3.1.3 S函数.................. 30-31
3.2 仿真模型的建立 ..................31-34
3.2.1 三相锁相环模块 ..................31-32
3.2.2 ip-iq算法提取基波电流模块.................. 32-33
3.2.3 PWM信号发生模块.................. 33-34
3.3 仿真建模的意义 ..................34
3.4 本章小结.................. 34-36
第四章 有源滤波器的仿真分析及结论.................. 36-48
4.1 基本仿真模型分析.................. 36-40
4.2 优化型仿真模型分析.................. 40-46
4.2.1 改进型i_p-i_q算法建模 ..................40-42
4.2.2 改进型i_p-i_q算法建模的优化.................. 42-45
4.2.3 交流侧负载突变建模.................. 45-46
4.3 仿真分析结论剖析 ..................46-47
4.4 本章小结 ..................47-48
结论
l、针对目前有源滤波器仿真方面尚且无人利用MATLAB的S函数进行算法的编程，本文利用S函数进行了改进型份份算法的编程实现，并在仿真建模中得到了很好的应用，而S函数在对外接口和转换为C语台程序方面有着很多的链接关系，对应用于实际产品中的软件C语言设计编程有益;
2、对有源滤波器的建模从基本算法模型到改进算法模型进行了递进式仿真并分析了信号的关系，针对仿真过程出现非算法问题出现的电流冲击，提出了自己的想法和仿真分析，最终实现仿真优化;
3、在实现直流侧电容电压的稳定控制的同时实现谐波的补偿，用MATLAB仿真的方式实现了算法的可实现性，并对影响直流侧电容电压控制的因素进行了分析，指出了各个因素间的相互关联性;
4、针对冲击电流的产生问题，提出对直流侧加入投切电阻或者对△iP的PI结果做限幅输出可控制投入APF初期的峰值电流的冲击，不过这两者都影响了电容电压稳态控制的速度。
参考文献
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