发布时间 : 星期一 文章基于matlab谐波抑制的仿真研究(毕设)更新完毕开始阅读0bde7a955f0e7cd185253654
绝；当负载电流中存在无源滤波器不能滤除的谐波时，由于APF 强制这部分谐波流入PPF，这将在负载入端产生谐波电压；由于APF 串联在电路中，绝缘较困难，维护也不方便；在正常工作时，注入变压器仍然跟单独使用的串联型APF 中一样流过所有负载。
（3）APF 与PPF 串联后并联接入电网
图2.4 APF 与PF 并联后并联接入电网的HAPF
该方式中谐波主要由LC 滤波器滤除，而APF 的作用是改善LC 滤波器的滤波特性，克服LC 滤波器易受电网阻抗的影响、可能与电网阻抗发生并联谐振等缺点。在这种方式中，APF 不直接承受系统基波电压，因此装置容量小，开关器件耐压等级降低，克服了大容量APF 结构复杂、损耗大、成本高的缺点，使整个系统获得良好性能。另外，这种方案的结构较为复杂，需针对特征谐波选取LC 网络的调谐频率，不适用于非特征谐波源补偿。该方式的谐波阻尼K 不能太大，否则会引起系统不稳定。
（4）注入型APF
图2.5 串联谐振注入型
图2.6 并联谐振注入型
为了将单独使用的APF 上承受的基波电压移去，使有源装置只承受谐波电压，从而显著降低有源装置的容量，可以选择用LC 串联或并联谐振网络作为注
入电路（见图2.5和图2.6）。在图2.5 的串联谐振注入型APF 中，LC2 网络在基波频率处发生串联谐振，阻抗很小，逆变器不承受基波电压，而对于高于基波频率的谐波分量，LC2 网络阻抗较大，APF 产生的谐波电流绝大部分将流入主电路，但是要同时获得较好的谐波不唱性能 和较小的有源装置容量比较困难，而且支路上端的电容将很大。并联谐振注入方式原理与之类似。如图2.6所示，LC 网络在基波频率出发生并联谐振，阻抗很大，基波电压基本上加在LC 网络上，而对于高于基波频率的谐波分量，LC 网络阻抗较小，并远小于支路中另一个电感的谐波阻抗，则APF 产生的谐波电流的绝大部分也将流入主电路。另外，值得一提的是，串联谐振注入型APF 可以补偿无功功率，主要由支路上端的电容补偿；而并联谐振注入型APF 可以补偿无功功率，因为之路上端的并联谐振电路的基波阻抗很大，难以产生较大的基波无功电流注入主电路。 2.7 并联有源电力滤波器补偿特性的研究
并联型APF不是一种理想的补偿装置，其补偿特性会受到谐波源特性的影响。适用于补偿谐波电流源。 2.7.1谐波源
所谓“谐波源\通常是指各类特定的用电设备，即非线性设备，或称非线性电力负荷。谐波源分为谐波电流源和谐波电压源件，这是谐波产生的根本原因。
1．谐波电流源
对于各种换流设备，电气化铁道，电弧炉及数量很大的电子节能设备，家用电器等典型非线性负载，即使供给理想的正弦波电压，它们也将产生非正弦电流。且谐波成分基本上只与其固有的非线性及工况有关，而与这些负载的内部阻抗的变化几乎无关。因此，此类非线性负载可以认为是谐波电流源。
2．谐波电压源
典型的谐波电压源是发电机。由于结构上不可能完全对称，空气隙的磁导不可能完全均匀等因数，发电机在运行时总会产生一些谐波分量，其谐波电势取决于发电机本身结构及工况，它是一个谐波电压源。
通常忽略由发电机产生的谐波电势，只考虑非线性负载产生的非正弦电流。 2.7.2有源电力滤波器补偿特性的基本要求
有源电力滤波器对高次谐波的补偿效果可以用以下两个指标来衡量。 1．谐波含有率HR
该次谐波的均方根值与基波均方根值的百分比表示，称为谐波含有率HR。
h次谐波的电流含有率HRIn?In?100％ I1Un?100％ U1 h次谐波的电压含有率HRUn? 2．总谐波畸变率THD(Total Harmonic Distortion)
指各次谐波均方根值的平方和的平方根值与基波均方根值的百分比 UH??Un2 THDn?n?2?UH?100％ U1 IH?
?In2 THDi?n?2?IH?100％ I1提高电能质量，对谐波进行综合治理，防止谐波危害，就是要把谐波含有率和总谐波畸变率限制到国家标准规定的允许范围之内。补偿后的电源电流总谐波畸变率THD越小，补偿效果越好。
2.7.3影响有源电力滤波器补偿特性的因素
从原理上讲，有源电力滤波器可以实现谐波源负载中谐波的完全补偿，但实际这是很难实现的。因为在谐波检测环节、控制系统和指令电流运算电路的误差导致补偿电流存在误差。误差可以分为：幅值误差和相位误差，会影响有源电力滤波器的补偿特性，使谐波源的谐波不能彻底完全补偿。 2.7.4并联型有源电力滤波器补偿特性
图2.7并联补偿谐波电流等效电路图
并联型APF对谐波源进行补偿时，其系统单相等效电路如图2.7所示。图中：
us为电源端电压，当电源中没有谐波，只包含基波时u?us?i1?Zs1(i1,ZS1分别为基波电流和电源基波阻抗)。由于电力系统中大多数谐波源为谐波电流源要补偿谐波就要有一个APF向电流型谐波源提供谐波电流，从而，电源只向谐波源提供基波电流。iL?is?ic式中：iL为谐波源电流，is为电源提供的基波电流，ic为APF向谐波源提供的谐波电流，可以利用APF的并联补偿实现。若电源向其它负荷供电，因为电源本身只包含基波，不会对其它设备产生干扰。
2.8 谐波源的数学模型的研究
2.8.1 单相桥式整流电路非线性负荷
如图2.7所示，设电源电压为VS?2Usin(?t??) ，式中U为电源电压有效值，?为基波电压和电流的相位差。为便于分析，假设以下理想条件：交流侧电抗为零，而直流侧电感L 为穷大，并且忽略电流脉动，则交流侧电流为理想方波。
图2.7单相桥式整流电路 将交流侧理想的方波电流进行傅立叶分解得到：
?1i?Id(sin?t?sin5?t?…）??2Insinn?t (2-6)
?3n?1,3,5422IdI?式中：nn? (n=1,3,5,7?）
从上式看出，当正弦波电压加在单相桥式整流电路上时，电源侧只含有奇次谐波分量，说明电源侧的电流发生了畸变，即有谐波电流存在。
2.8.2 三相桥式整流电路非线性负荷
三相整流装置可整流电压脉动较小，脉动频率较高，而且由于三相平衡，对供电系统得影响较小，因而容量较大的整流装置常采用三相整流的方式。三相整流有三相半波，三相全控桥式，三相半控桥式，本节主要研究典型的三相全控桥式整流电路产生谐波的机理，为后文非线性负载的MATLAB 仿真做准备。图2.2 是三相6 脉波整流电路接线图。
图2.8 中，在电源电压的一个周期内有6 次，上下桥各有3 次，所以称为6 脉动整流，本节对下图做如下假设：
（1）整流桥用的GTO（可关断晶闸管）为理想元件，正向电阻为零，反向电阻为无穷大；
（2）电源为理想的三相平衡系统，并以A 相电压为基础； （3）控制触发角为零，即相当于不可控整流； （4）交流侧的电感为零，即换相重叠角γ =0。