并联有源电力滤波器检测与控制策略的研究及应用_图文

1、分类号 密级UDC学 位 论 文并联有源电力滤波器检测与控制策略的研究及应用作者姓名： 李俊指导教师： 王大志教授东北大学电力系统与电力传动研究所申请学位级别： 博士学科类别：工学 学科专业名称： 电力电子与电力传动论文提交日期： 2010年12月论文答辩日期：2011年4月学位授予日期： 2011年5月答辩委员会主席： 刘建昌评阅人：东 北 大 学2011年4月A Dissertation in Power Electronics and Power DriveResearch and Application on Shunt Active Power Filter Detection an

2、d Control Strategiesby LiJ unSupervisor: Professor Wang DazhiNortheastern UniversityDec 2010独创性声明本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：日 期：学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或

3、机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后：半年 一年 一年半 两年学位论文作者签名： 导师签名：签字日期： 签字日期：东北大学博士学位论文 摘 要 并联有源电力滤波器检测与控制策略的研究及应用摘 要电子器件制造工艺水平的不断提高和控制理论技术的不断发展，使得电力电子设备的大量使用变成现实；另一方面，大量使用电力电子设备不可避免带来电力系统的电能质量问题，造成不必要的经济损失。有源电力滤波器（Active Power Filter，APF ）被公认为是治理谐波、改善电

4、能质量最有效的手段之一，已成为电力电子技术应用中的一个研究热点。但是APF 在国内的应用还远没达到成熟阶段，与无源滤波器相比仍然居于次要位，有很多问题需要进一步研究和完善。为此，本文对APF 的检测中的数字低通滤波器，电流、电压控制及实现技术进行深入的研究，这些研究工作对APF 的产品化有着重要意义。在研究几种模拟低通滤波器的特性之后，针对谐波检测的低通滤波器快速、准确要求，提出根据量化误差来确定滤波器的稳定性，加快数字低通滤波器的设计方法，选取合适的滤波器，仿真分析其动态性能。针对检测算法响应慢、稳态误差大的问题，提出一种椭圆滤波器加超前-滞后校正网络谐波检测方法，仿真验证所提算法既加快动态

5、响应，又获取较好的稳态性能。利用Integrated Time and Absolute Error（ITAE ）优化控制策略针对PWM 控制模式的IGBT 建模仿真分析，并得出优化控制参数；针对滞环电流控制固定环宽在过零点和顶点处的补偿能力不足问题，提出一种依据模糊规则改变滞环环宽的方法，充分发挥滞环控制的优越性，提高APF 的电流补偿能力；针对滞环电流控制中滞环这一强非线性环节，为降低开关频率和改善补偿效果，提出利用谐波线性化和背驰定律的方法改善滞环特性，使其具有线性系统的部分优点，同时保留滞环原来的动态特性好、鲁棒性好、抗扰动能力强等优点。本文还就APF 直流母线电压控制基本原理和控制方

6、法进行讨论。针对直流母线电容充电电流过大问题，根据启动时开关模型，分析了限流电阻与电感、母线电容等因素关系，并合理选择限流电感参数。在分析现有直流母线电压控制方法基础之上，针对限幅器这一关键的非线性环节，进行建模仿真分析，提出模糊变限幅直流母线电压控制的方法。仿真表明该方法具有动态响应快、超调小、静态误差小的特点，满足直流母线电压控制的性能要求。本文对100kV A 并联型APF 的主电路及其外围电路也进行了深入的研究。详细讨论主电路开关器件的选择、驱动及其接口电路的设计；采用理论和仿真分析相结合的方法，给出了交流侧电感值的选择方法；设计出基于DSP （数字信号处理器）的信号调理和采东北大学博

7、士学位论文 摘 要 样电路；针对锁相倍频实现动态响应慢的问题，提出优化低通滤波器的参数来改善性能的方法，通过试验验证该法的有效性；最后，本文还介绍了100kV A 并联型APF 的系统构成，基于DSP+CPLD（复杂可编程逻辑器件）的全数字化控制系统的实现方案，并对控制系统的硬件电路和软件系统设计进行了研究。在样机上进行了实验，并给出了实验数据和波形，实验结果验证本文上述工作的合理性。关键词：有源电力滤波器；低通滤波器；优化控制；谐波线性化；背驰定律Research and Application on Shunt ActivePower Filter Detection and contro

8、l StrategiesAbstractWith the development of electronics devices manufacturing process and controltheory, the extensive use of electronics devices becomes realty; meanwhile, the extensive use of power electronic devices will inevitably bring about power quality problems, resulting in unnecessary econ

9、omic losses. APF (Active Power Filter, APF is recognized as one of the most effective means to realize harmonic control and improve power quality, having become a research focus. But APF domestic application is still far not reached maturity stage and a minor bit compared with passive filter .There

10、are a lot of problems to be studied and improved. Therefore, in this article extensive research on digital low pass filter in current detection, current, voltage control and implementation techniques have been conducted. These studies have an important significance on the products of the APF.After h

11、aving studied the characteristics of several analog low pass filters，amethod to determine stability of low pass filters according to quantization errors and speed up digital low pass filter design is proposed. Then appropriate filter is selected and simulated to analysis its dynamic performance. An

12、elliptic filter plus lead-lag correction network harmonic detection method is proposed for the problem of slow response and large steady-state error. The simulation shows the proposed method can speed up system dynamic response and get better steady-state performance.Integral Time and Absolute Error

13、 optimal control theory is used to build andanalysis PWM control IGBT model. Then optimal parameters are got. Aim at giving full play of the advantages of hysteresis control and improving APF current compensation ability, a fuzzy variable-width hysteresis current control is proposed according to fix

14、ed-width hysteresis current control inadequate compensation ability at zero crossing and peak. Hysteresis is a strong nonlinear link. To reduce the switching frequency and improve the compensation effects, harmonic linearization and law of run in the opposite direction is used to improve hysteresis

15、characteristics. The treatedhysteresis current control system has some advantages of linear system and good dynamic characteristics, robust, strong anti-disturbance ability of untreated hysteresis.DC-bus voltage control principle and control method are studied in this article.The relationships among

16、 current limiting resistors, inductors, DC-bus capacitances are analyzed and parameter of current limiting resistors is chosen according to start switching model, aiming at solving large DC-bus charge current. Based on analysis of existing DC-bus voltage methods, the limiter (key nonlinear link is s

17、imulated and a fuzzy variable-limiter Dc-bus control method is proposed. The simulation results show that the control method has advantages of fast dynamic response, small overshoot and steady-state error, meets performance requirements of DC-bus voltage control.Main and peripheral circuits of 100kV

18、A shunt APF are also studied in the article.The choice of main circuit switch devices and design of interface, drive circuits are discussed. The choice method of AC inductors is given based on combination of theoretical and simulation analysis. Signal conditioning and sampling circuits based on digi

19、tal signal processor are designed. The method of optimizing low-pass filter parameters to improve performance is proposed according to slow response of frequency multiplication phase-locked. The experiment results show the method is effective. Finally, the Shunt APF 100kVA system structure based on

20、DSP plus complex programmable logic device(CPLD,its digital control system implementation plan are discussed. The control system hardware and software system designs are also described. Experiment data and waveforms are given after test. The results show rationality of the above work.Key words: acti

21、ve power filter; low pass filter;optimal control;harmonic linearization; law of run in the opposite direction目录独创性声明. I 摘 要.II Abstract .IV第1章 绪论.- 1 -1.1前言. - 1 -1.2国内外有源电力滤波器相关技术发展及应用概况. - 5 -1.3 本文所做工作及主要研究成果. - 14 -第2章 有源电力滤波器谐波检测及实现的研究.- 17 -2.1 基于i p -i q 算法的谐波检测算法. - 18 -2.2谐波检测算法实现的关键问题. - 2

22、2 -2.3 基于超前-滞后校正网络的谐波检测算法. - 29 -2.4 仿真试验验证及分析. - 32 -2.5 本章小结. - 35 -第3章 有源电力滤波器滞环电流控制的研究.- 37 -3.1 有源电力滤波器滞环电流控制原理. - 38 -3.2 有源电力滤波器PWM 变换器优化控制. - 39 -3.3 滞环电流模糊控制. - 49 -3.4 基于谐波线性化的滞环电流优化控制. - 58 -3.5 本章小结. - 75 -第4章 直流母线电压控制及相关方法的研究.- 76 -4.1 直流母线电压控制基本原理. - 77 -4.2 软启动方案与限流电阻的设计. - 79 -4.3 直流

23、母线电压控制策略的研究. - 82 -4.4 本章小结. - 89 -第5章 基于DSP 的实验系统设计与实验研究.- 91 -5.1 主电路设计. - 91 -5.2 基于DSP 的检测与控制电路设计. - 98 -5.3 PLL相关电路的优化设计及实验. - 103 -5.4 控制系统软件设计. - 107 -5.5 实验研究. - 108 -5.6 本章小结.- 113 -第6章 结论及展望.- 115 - 实验样机图.- 117 - 参考文献. - 120 - 攻读博士学位期间发表的论文及科研成果. - 129 - 致谢. - 130 -第1章 绪论电子器件制造的工艺水平的不断提高和控

24、制理论及技术的不断发展，使得电力电子设备的大量使用变成现实，反之电气设备的应用又促进电力电子技术的不断革新。一方面，电力电子设备的广泛使用，使得各种变流技术得以实现，从而方便了人们的生产生活；另一方面，大量使用电力电子设备不可避免带来了电力系统的电能质量问题，造成不必要的经济损失，又使公用电网的安全供电及用户的用电质量成为人们关注的焦点。回到电能质量问题产生的源头，人们根据电力电子器件特性，对电能质量改观提出可执行的标准和现有条件下可行的方案。有源电力滤波器（Active Power Filter,APF）正是在这种环境下，为改善电能质量应运而生。本章首先介绍了电能质量概念和标准，然后探讨了谐

25、波产生危害、治理方法和技术发展，有源电力滤波器的应用，最后简要概括了论文选题背景及各章节安排。1.1前言电能质量是指公用电网供给用户端的交流电能的品质，一般指电压或电流幅值、频率、波形等参量距规定量的偏差。通常包括：电压质量、电流质量、供电质量和用电质量、电压瞬变现象（如冲击脉冲、电压下跌、瞬间间断等）、长期电压波动、波形畸变、供电可靠性等。电能质量标准是保证电网安全经济运行、保护电气环境、保障电力用户正常的基本技术规范。为保证电网安全、经济运行、推广电能质量标准化，我国从1988年颁布执行电网电能质量技术监督管理规定。迄今为止，我国已经制定的电能质量国家标准有6项：GB 13325-1990

26、电能质量 供电允许偏差、GB/T 14549-1993电能质量 公用电网谐波、GB/T 15543-1995电能质量 三相电压允许不平衡度、GB/T 15945-1995电能质量 电力系统频率允许偏差、GB 12326-2000电能质量 电压波动和闪变、GB/T 18481-2001电能质量 暂时过电压和瞬态过电压。这些电能质量方面的标准为谐波治理提供了依据。电力系统谐波（波形畸变）在19201930年间，德国就有人学者提出静态整流器产生的波形畸变问题。到19501960由于高压直流输电技术发展，有大量关于换流器谐波问题的文章发表。近年来，电力电子设备的大量使用造成大量谐波注入电网。谐波问题已

27、经对有些电力系统和用电设备产生了严重的危害和影响，必须认真研究并采用相应的限制和治理措施。国际上公认的谐波定义为：谐波是一个周期电气量的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍，也常被称为高次谐波1。电网谐波污染主要是由电网中并联的非线性负载产生的。随着现代工业技术的发展，电力系统中非线性负荷大量增加，各种非线性和时变性电子装置如逆变器、整流器及各种开关电源等大规模的应用，电网谐波污染日益严重。电力系统谐波是衡量电能质量的最重要的指标之一，因此对其治理具有十分重大的意义。谐波的来源主要包括：（1）发电机和电动机的磁饱和、非线性、不对称运行等产生谐波；（2）变压器和电抗器的磁饱和与磁滞产生谐波；（3

28、）电石炉、电弧炉、气体放电灯和电弧焊等设备非线性伏安特性产生谐波；（4）各种使用电力电子元件的整流和换流装置产生谐波；（5）家用电器，包括荧光灯、鼓风机、电视机、电冰箱等产生的谐波。其中变流设备包括整流器、逆变器、静止无功补偿装置、变频器、高压直流输电设备等。谐波对电力系统或并联的电力设备产生各种危害。主要包括以下几种：（1）并联电力电容器谐振引起的谐波放大。（2）旋转电机的损耗增加，引起机械振动、噪声和谐波过电压。（3）输电线的损耗增加，缩短输电线寿命。（4）变压器的损耗增加。（5）电磁型继电保护、自动装置工作紊乱；感应型的继电器抖动。（6）电力测量的误差或使测量误差增大。（7）干扰通讯系统

29、，降低通话的清晰度，干扰严重时，引起信号丢失，甚至危及设备和人身安全。（8）电弧熄灭延缓。随着谐波污染源的数量猛增，电网电压的畸变率也大大上升；精密仪器设备的迅猛发展，越来越多的电气用户对取用的电能形态和功率流动的控制与处理提出了新的要求，这样一来，越来越严重的谐波污染与越来越高的电能质量要求形成了一对日趋尖锐的矛盾2。为保证供电质量，防止谐波对电网及电力设备的危害，除对电力系统加强管理外，还必须采取必要的措施来抑制谐波。许多国家和国际学术组织都制定了限制电力系统和电力电子设备谐波的标准和规定，有力的促进了学术界和工程界对谐波抑制、无功补偿技术的研究。目前，谐波抑制所采用的措施主要有：一是主动

30、抑制，对电气设备本身进行改进（无源和有源功率因数校正），减小谐波与无功的发出量，抑制谐波源的产生谐波或减少谐波源所产生的谐波；二是被动抑制，即专用设备阻碍谐波源所产生的谐波注入电网，或者阻碍电力系统的谐波流入负载，采用补偿的方法使网侧电流为正弦波（如使用无源滤波器、有源电力滤波器等，抑制谐波源所产生的谐波注入电网或者阻碍电网中的谐波流入负载）。尽管功率因数校正是积极主动的方法，但是Passive filter（PF ）和APF 是不可或缺的谐波治理手段。主动抑制谐波产生的措施有以下几种：(1 增加变流装置的相数或脉冲数。改造变流装置或利用相互间有一定移相角的换流变压器，可有效减小谐波含量，其中

31、包括多脉整流和准多脉整流技术，但是装置更加复杂。(2 多重化技术。将多个变流器联合起来使用，用多重化技术将多个方波叠加，以消除频率较低的谐波，得到接近正弦波的阶梯波，但装置复杂，成本较高。(3 多电平技术。采用多电平技术可以有效地消除输出电压中的谐波，同时提高输出电压的等级和增加逆变器的容量，如三电平结构逆变器输出电压和容量都比两电平结构增加一倍。但采用5电平以上的电路，电路结构和控制都很复杂，直流侧电容电压的平衡控制更加困难。(4 采用脉宽调制（Pulse Width Modulation， PWM）技术。采用PWM 技术，使得变流器产生的谐波频率较高、幅值较小，波形接近正弦波，但只适用于自

32、关断器件构成的变流器。(5 设计或采用高功率因数变流器。比如采用矩阵式变频器、四象限变流器等，可以使变流器产生的谐波非常少，且功率因数可控制为1。(6 改变供电系统运行方式减少发电机产生的谐波。尽可能地保持三相负荷电流的平衡，减少mp ±1次以外的非理论高次谐波电流，尽量减少变压器空载和电压过高运行；改善电机的磁极外形，利用Y 型接法消除电动势的3倍次数的谐波，采用短距绕组、分布绕组削弱高次谐波的电动势。(7 加大供电系统的容量，选择合理的供电电压。供电系统的容量越大，系统的短路阻抗就越小，母线的谐波水平就越低。供电电压越高，电网的短路的容量就越大，谐波的承担能力越强。被动治理谐波的

33、措施主要有以下三种：(1 采用无源滤波器（Passive Filter，PF ）。在谐波源的附近或公共电网节点装设单调谐及高通滤波器，可以吸收谐波电流，同时还可以进行无功功率补偿，并且运行维护也简单。(2 采用有源滤波器（APF ）。在谐波源的附近和公共电网节点装设并联型或串联型APF ，可以有效地起到补偿或隔离谐波源的作用，并联型APF 还可以进行无功功率补偿，但装置造价较高。(3 采用混合型有源滤波器HAPF ( Hybrid APF 。HAPF 兼具PF 成本低廉和APF 性能优越的优点，属于APF 的分支和发展。APF 的种类很多，大体可分为与PF 的混合和与其它变流器的混合两类。目前

34、在被动治理谐波的措施中，广泛采用PF 。它利用电感、电容元件的谐振特性，在阻抗分流回路中形成低阻抗支路，从而减小流向电网的谐波电流。PF 成本低，技术成熟，还可补偿无功功率，但存在以下不足：(1 只能对特定谐波进行滤波。谐振频率依赖于元件参数，因此单调谐滤波器只能消除特定次数的谐波，高通滤波器只能消除截止频率以上的谐波。(2 滤波器参数影响滤波性能。由于调谐偏移和残余电阻的存在，调谐滤波器的阻抗等于零的理想状态是不可能实现的，阻抗的变化大大妨碍了滤波效果。LC 参数的漂移将导致滤波特性改变，使滤波性能不稳定。(3 对于谐波次数经常变化的负载滤波效果不好。当滤波器投入运行之后，如果谐波的次数和大

35、小发生了变化，便会影响滤波效果。并且需要根据谐波的次数的多少，设置多个LC 滤波电路。(4 滤波特性依赖于电网参数。电网的阻抗和谐波频率随着电力系统的运行工况而随时改变，对谐波电流的滤除效果受电力系统的阻抗的影响较大。(5 可能与系统阻抗发生串并联谐振。PF 可能与系统阻抗发生串联或并联谐振，从而使装置无法运行，使该次谐波分量放大，反而使得电网供电质量下降。(7 随着电源侧谐波源的增加，可能会引起滤波器本身的过载，电网中的某次谐波电压可能在LC 网络中产生很大的谐波电流。(8 消耗大量的有色金属，体积大，占地面积大。与PF 相比，APF 具有高度可控性和快速响应性的具体特点如下:(1 滤波特性

36、不受系统阻抗的影响。(2 不会与系统阻抗发生串联或并联谐振，系统结构的变化不会影响治理效果。(3 原理上比PF 更为优越，用一台装置就能完成各次谐波的治理。(4 实现了动态治理，能够迅速响应谐波的频率和大小发生的变化。(5 由于装置本身能完成输出限制，因此即使谐波含量增大也不会过载。(6 具备多种补偿功能，可以对无功功率和负序电流进行补偿，补偿无功时不需要储能元件，补偿谐波时储能元件也不大。(7 谐波补偿特性不受电网频率变化的影响。(8 可以对多个谐波源进行集中治理。在最近几十年里，国内外谐波抑制和无功补偿问题的理论研究和实践应用都有了很大的进展，由最初的使用LC 无源滤波器发展到现在的APF

37、 。相比于PF 而言，先进的有源滤波技术更具有重大的理论和工程实际意义，APF 作为综合治理电网污染的最有效手段，有着广阔的应用前景2-3。1.2国内外有源电力滤波器相关技术发展及应用概况早在20世纪70年代初期，日本学者就提出了APF 的概念，即利用可控的功率半导体器件向电网注入与原有谐波电流幅值相等、相位相反的电流，使电源的总谐波电流为零，达到实时补偿谐波电流的目的，但是受限于当时工程技术水平，这些设想无法实现。等到1976年美国西屋电气公司的尼吉等人提出利用大功率晶体管组成的PWM 逆变器构成APF 消除电网谐波，由于受到当时功率半导体器件水平的限制，APF 的研制一直处在试验研究阶段。

38、进入80年代以厅，随着电力电子技术的飞速发展，大功率可关断器件(如GTR ，GTO ，IGBT 等 的不断进步，以及对非正弦条件下无功功率补偿理论的深人研究，特别是瞬时无功理论的提出，为APF 的实用化提供了必要的条件，众多国内外公司投入人力、物力使APF 研究进入逐渐进入实用阶段。目前APF 研究方向主要分为三个方面：拓扑结构研究；谐波检测技术及相关控制技术3。从研究APF 的权威专家来看，还是日本的赤木泰文研究成果颇丰，近年来的研究内容涉及到拓扑结构研究的包括混合型统一电能质量控制技术、多电平技术；控制策略研究包括：基于DFT 重复控制方法等方面4-7；美国学者Cartes David研究

39、主要涉及到自适应理论应用到谐波检测和控制技术8-10；加拿大学者Al-Haddad Kamal从事APF 研究，发表相当多的论文，主要研究包括在三相四线制小信号建模分析、优化控制、载波线性解耦控制方面以及自适应、神经网络用于谐波检测等方面11-15。从国内论文研究成果来看，湖南大学罗安教授及其领导的团队研究成果突出，主要涉及的研究领域，拓扑结构研究主要为：混合注入型APF 的建模分析、注入型电流特性分析，涉及到控制技术包括单周控制、死区效应分析及补偿技术、智能控制、直流母线电压控制等诸多方面16-20，另外还有成套的样机设备，有多名博士参与研究。西安交通大学的王兆安教授及其研究团队也有很多的研

40、究成果，主要论文涉及到：串联型及混合型APF 、锁相环，时域电流检测技术，直流母线电压波动的影响分析及控制算法、重复控制技术等方面的研究21-23。APF 的拓扑结构基本定型，在这方面的研究主要是在原来类型上做一些修改，使其满足特殊要求。能够对多种电能质量进行改善的多用途的、适应多种负载的APF 统一结构还在研究中，近几年来，各国主要从事研究APF 学者对拓扑结构的研究主要有：(1 减少开关元件及其损耗的结构 (a两线并联型APF (b 模块化的两线并联型APF (c 分频断控制的APF图1.1减少开关元件及损耗APF 新结构Fig 1.1 New APF topology to reduce

41、 switching elements and loss(2 解决不平衡负载的结构2006年，清华大学的乐健、姜齐荣等针对三相负载不平衡和提高直流母线电压利用率提出四桥臂结构26，如图1.2(a所示。该结构还可以降低系统的开关频率，减少开关损耗。(3 变压器解耦结构 减少三相电路开关器件之间的相互干扰，避免因坐标变换算法导致的失调和主电路参数影响，2009年，武汉大学陈运提出一种基于-坐标变换，利用两个单相逆变器产生谐波，一个三相变压器解耦的新型拓扑结构27，如图1.2（b ）。 a U b U c U n U(a三电平四桥臂APF (b基于-变换的APF图1.2 新型结构APFFig 1.2

42、 New topology of APF (4 注入式结构2009年，湖南大学的罗安等提出一种注入式的结构，该类型的APF 直流母线电压由三相不可控整流提供28，主电路拓扑结构如图1.3所示。注入电路方式也分为串联谐振式和并联谐振式两种，该结构可以不用控制直流母线电压。 图1.3注入式并联型APFFig 1.3 Injection type hybrid APF本文所研究的是基于三相三线制的并联型APF （Shunt APF ,SAPF），该类型APF 也是目前技术相对成熟、应用最为广泛的APF 。SAPF 是APF 中最基本的构成方式，APF 与系统并联等效为一个受控电流源，向系统注入幅值相

43、等，相位相反的电流，从而达到谐波抑制的目的，主要适用于电流源型感性负载的谐波补偿。SAPF 通过耦合变压器或电感接入系统，不会对系统运行造成影响，具有投切灵活方便、保护简单等优点；并联型APF 还可以并联使用以提供大的电流，可以应用于多种容量的场合。目前工业上已投入运行的APF 多采用此方案。 SAPF 的原理框图，如图1.4所示。图中，交流电网对非线性负载供电，非线性负载为谐波源，产生谐波、消耗无功。有源电力滤波器由四部分组成：谐波电流检测电路、数字控制电路、开关器件驱动电路和主电路。当前主要设计途径是：根据瞬时无功功率理论的i p -i q 算法要求，设计出所需电流和电压检测硬件系统，然后

44、利用DSP 、FPGA 等数字控制器计算出负载和APF 产生的电流中的谐波分量，利用不同的方法产生驱动开关元件的PWM 指令，这些控制信号经电平转换后输入开关器件驱动电路，驱动主电路中的相应的开关器件，产生并向电网注入补偿电流，该电流与非线性负载电流相位相反，幅值为负载电流中的谐波分量幅值，从而达到滤波目的。非线性负载产生的电流为L i ，供电系统提供的电流为i S ，APF 产生的电流为i F ，根据基尔霍夫电流定律有 i S =i L -i F (1.1 图1.4 SAPF系统结构框图Fig 1.4 Diagram of SAPF system本文所研究三相三线制SAPF 的系统原理图，如

45、图1.5所示。LEM 霍尔传感器实时检测非线性负载的输入电流i la ，i lb ，i lc 经信号调理后送入电流检测电路。由微处理器计算，并和实际产生的电流i fa ，i fb ，i fc 进行比较，加上直流母线电压与给定的偏差经p-q 反变换折算的量，得到的差值由滞环比较器产生互锁的PWM 开关信号。该信号经死区发生器和开关元件驱动器，来控制IGBT 开通和关断，实现闭环控制。 图1.5三相三线制SAPF 系统框图Fig 1.5 Diagram of three-phase three-wire voltage-type SAPFAPF 的拓扑结构的研究基本处于停滞状态，很多新型的结构都是

46、在原有的基础上进行部分改进，真正在彻底的新型结构还是没有研究出来，一方面是受限于电力电子元件的性能；另一方面主要是研究者将精力转移到控制和检测技术上了。国外很早就有专家进行研究电力系统谐波的研究，由于电力电子技术是一个新兴的技术，实际上关于谐波检测理论的研究要早于谐波治理手段的研究。目前，由于电力电子技术的迅速发展，使电力系统谐波治理具有一定的物质条件同时促进了谐波检测理论的大力发展。从先前的FFT 变换、瞬时无功理论到现在智能检测算法的应用，谐波检测算法的研究路径扩展开来，主要研究工作在于改善原有的谐波检测理论和引进其它高级算法，使谐波检测算法更加高效、调节时间更短，对负载变化响应更快。主要

47、研究进展包括以下几种：(1 改进FFT 变换或结合其他算法为适应谐波检测理论的数字化、快速高效的需求，2005年赤木泰文将离散傅里叶(DFT结合重复控制用于APF ；2009年，俄罗斯学者Sozanski 提出滑动的离散傅里叶检测算法，西班牙学者Neves ，Francisco A. S.将状态空间方法与DFT 结合实现非平衡状态下的三相谐波信号检测7,29-33。(2 改进基于瞬时无功理论谐波检测算法由于基于瞬时无功理论谐波检测算法是建立在三相电路的基础上，对单相电路的检测要进行必要的扩充之后才能应用，显得比较繁琐。因此，2005年日本学者Nishida K将自适应神经网络引入单相SAPF 检测中34；另一方面，i p -i q 算法是在p-q 理论的基础上发展起来的，在用i p -i q 算法检测瞬时谐波电流时，电压信号被转换为幅值为单位长度的标准正弦波，失去了幅值、相位的信息，在i p -i q 算法中瞬时有功功率p 和瞬时无功功率q 也就失去原有的意义，坐标变换及其反变换也就显得多余。2007年，周柯等提出了对i p -i q 方法在检测谐波和无功电流应用上的改进，在三相坐标系下同样可以将瞬时电流矢量分解为与电压矢量同步旋转分量和动