有源电力滤波器的仿真研究-开题报告

中 北 大 学毕业论文开题报告学 生 姓 名： 学 号：学 院 、 系 ： 信息与通信工程学院、电气工程系专 业 ： 电气工程及其自动化论 文 题 目 ： 有源电力滤波器的仿真研究指 导 教 师 : 2013 年 3 月 12 日毕 业 论 文 开 题 报 告1结合毕业论文情况，根据所查阅的文献资料，撰写 2000 字左右的文献综述：文 献 综 述一、课题研究背景随着现代工业技术和信息产业的迅猛发展，在电力系统中以电力电子技术为核心柔性交流输电技术得到了广泛应用，电力系统中出现了各种类型和容量的电力电子装置。这些电力电子装置在工业市场和应用领域正在不断扩大，各种电力电子装置在电力系统、工业及家庭中获得了广泛的应用，但同时也将大量的谐波注入电网，公共连接点（PCC）的电压波形严重畸变，并产生很强的电磁干扰，对电力系统的安全、优质、经济运行构成潜在的威胁。目前，由谐波引起的各种故障和事故不断发生，谐波污染被公认是电力系统的一大公害，必须采取措施加以限制 6。为了抑制谐波，国内外学者最早研究的是无源滤波器。无源滤波器具有结构简单、一次性投入低、运行成本小的特点，而且可以同时补偿谐波和无功功率，但在实际应用中存在一些难以克服的缺点，比如只能消除有限次谐波，功能单一；对电网阻抗和频率变化敏感，会发生串、并联谐振；参数易受外界环境的影响而发生偏移。有源电力滤波器（简称 APF）是一种消除电网谐波的有效装置，具有高度可控和快速响应的特性，作为一种新型电力电子装置，APF 工作性能决定于主电路构成元件及其控制系统。APF 是目前公认的治理谐波污染的有效工具之一，自从它的基本补偿原理在20 世纪 70 年代提出以来，一直是人们研究的热点 21。二、有源电力滤波器的发展及国内外的研究现状有源电力滤波器的发展最早可以追溯到 20 世纪 60 年代末，1969 年 B.M.Bird 和J.F.Marsh 发表的论文中，描述了通过向电网注入三次谐波电流来减少电源电流中的谐波成分，从而改善电源电流波形的新方法，这种方法是 APF 基本思想的萌芽 22。1971年日本的 H.Sasaki 和 T.Machida 首先提出 APF 的原始模型。1976 年美国西屋电气公司的 L.Gyugyi 等提出了用 PWM 变流器构成的 APF 并确立了 APF 的概念。这些以 PWM 变流器构成的 APF 已成为当今 APF 的基本结构。但在 70 年代由于缺少大功率的快速器件，因此对 APF 的研究几乎没有超出实验室的范围。80 年代以来，随着新型电力半导体器件的出现，脉宽调制的发展，以及 H.Akagi 的基于瞬时无功功率理论的谐波电流瞬时检测方法的提出，APF 有了迅速发展 23。有源电力滤波器作为改善供电质量的一项关键技术，在日本、美国、德国等工业发达国家已得到了高度重视和日益广泛的应用。目前，世界上 APF 的主要生产厂家有日本三菱电机公司、美国西屋电气公司、德国西门子公司等。据文献介绍，自 1981 年以来，尽在日本，已有 500 多台 APF 投入运行，容量范围由 50kVA 到 60kVA。同时，有源电力滤波器的工业化应用对理论研究起了非常大的推动作用，新的理论研究成果不断出现 1。与国外相比，我国在有源电力滤波器的研究方面起步较晚，直到 20 世纪 80 年代末才有论文发表。1991 年以来，西安交通大学、重庆大学、华北电力大学、上海交通大学、广东工业大学等很多高等院校开始对有源电力滤波器进行研究，但有关研究主要以理论研究和实验研究为主，虽然在理论上取得了一些进展，但是到目前为止，我国的有源电力滤波技术尚未能在工业领域得到广泛应用。随着我国电能质量指令工作的深入开展，利用 APF 进行谐波抑制和无功补偿将会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。三、有源电力滤波器的发展趋势目前，关于有源电力滤波器的研究主要集中在以下几个方面：（1）无功功率理论和谐波处理理论的进一步研究目前，关于无功功率的各种定义和理论不断出现，新的理论往往是解决了其那人为解决好的问题，同时却又存在另一些不足，或引出了新的待解决的问题。对新提出的功率定义和理论应有如下要求：物理意义明确，能清楚地解释各种功率现象，并能在某种程度上与传统功率理论保持一致；有利于对谐波源和无功功率的辨识和分析，有利于对谐波和无功功率流动的理解；有利于对谐波和无功功率的补偿和抑制，能为其提供理论指导；能够被精确测量，有利于有关谐波和无功功率的检测、管理和收费。（2）进一步降低补偿装置容量由于有源电力滤波器的价格要远远高于同容量的无源滤波器，为降低补偿装置的投资，主要办法就是降低有源电力滤波器的容量。目前的主要思路是将有源电力滤波器和无源滤波器混合使用，用无源滤波器滤除谐波源中主要的谐波电流，用有源电力滤波器来提高总体的补偿效果，这就是混合型有源电力滤波器。还有学者提出其他方法，如注入回路方式等，其主要目的也是降低有源滤波器的容量，但尚未进入实用阶段。（3）控制系统的简化随着高速数字信号处理器（DSP）的出现，采用数字化方法来控制有源电力滤波器已成为有源电力滤波器的发展趋势之一。采用数字化控制的有源电力滤波器具有运算速度快、编程方便、稳定性及可重复性好、精度高、集成方便等优点。（4）控制系统的多功能化有源电力滤波器本身除能补偿谐波外，通过在控制电路上加以改造还可以补偿基波无功、电压闪变以及电压的不平衡等功能。有关这部分的研究也引起许多学者的关心并取得了许多研究成果 14。有源电力滤波器按结构分可以有串联型 ATP、并联型 ATP、混合型 ATP 和串-并联型 ATP。本文将主要以并联型 ATP 为主要研究对象，对其控制方法和谐波检测进行详细研究。参考文献：1 杨琳霞. 有源电力滤波器补偿技术的研究. 硕士学位论文. 西安：西安科技大学，20082 胡铭，陈珩. 有源滤波技术及其应用. 电力系统自动化. 2000,3(24):66703 张庆，曾正，杨吟玮等. 有源电力滤波器谐波检测方法综述. 化工自动化及仪,2010， 38(3):2452514 刘春花. 并联混合型有源电力滤波器拓扑结构及其谐波检测. 工程硕士学位论文. 湖南：湖南大学，20055 黄佐林. 并联混合型有源电力滤波器的仿真研究. 硕士学位论文. 北京：北京交通大学，20116 李红云. 并联有源电力滤波器的研究. 硕士学位论文. 江西：南昌大学，20087 李伟彬. 有源电力滤波器在无功补偿与谐波抑制中的研究. 工程硕士学位论文. 湖北：武汉理工大学，20098 Akagi H, Kanazawa Y, Nabae A.Generalized theory of the instantaneous reactive power in three-phase circuits. IEEE&JIEE.Proceedings IPEC.Tokyo:IEEE,1983.103(7):PP.4834909 姜齐荣，赵东元，陈建业. 有源电力滤波器结构、原理、控制. 北京：科学出版社，200510 Bird B M,Marsh JF,Mclellan P R.Harmonic reduction in multiple converters by triple-frequency current injection.Pro IEE,166(10):1730173411 Sasaki H,Machida T. A new method to eliminate ac harmonic currents by magnetic flux compensation considerations on basic design.IEEE Trans.Power APP$Syst.,1971,90(5):2009201912 Gyugyi L,Strycula E C.Active ac power filter.In:Pro: of IEE/IAS Annual Meeting,1976.52953513 李双科，吴记群. 有源电力滤波器谐波检测方法研究. 工矿自动化，2012,4:475014 凌青. 三相并联型有源电力滤波器控制方法的研究. 硕士学位论文. 四川：西南交通大学，200515 F.Zpeng,H. akagi,A.Nabae, A stydy of active power filet using quad-series voltage-source PWM converters for harmonic compensation.IEEE Trans.Power Electron.,vol.5,1990,91516 高大威，孙孝瑞. 有源滤波器的谐波和无功电流检测方法. 华北电力大学学报，1999（ 4）： 6917 王兆安，杨君，刘进军. 谐波抑制和无功功率补偿. 北京：机械工业出版社，200618 杨君，王兆安. 并联型电力有源滤波器控制方式的研究. 西安交通大学学报，1995(3):303419 华晓萍，王奔，孟凌凌等. 有源电力滤波器仿真研究. 电力自动化设备，2007,27(1):424520 张崇巍，张兴. PWM 整流器及其控制. 北京：机械工业出版社，200321 刘艳，杨向宇，徐大勇. 有源电力滤波器研究综述. 中国高等学校电力系统及其自动化专业第二十四届学术年会论文集. 北京：中国农业大学，2008:2113211522 赵昕. 并联型有源电力滤波器的研究. 硕士学位论文. 天津：天津大学，200823 谢斌. 并联型有源电力滤波器谐波检测及控制技术研究. 博士学位论文. 湖北：华中科技大学，2010 毕 业 论 文 开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：并联型有源电力滤波器在各种类型的有源电力滤波器中占主导地位，这种有源电力滤波器可认为由两大部分组成，即指令电流运算电路和补偿电流发生电路。补偿电流发生电路又是由电流跟