1.5 本课题研究方法

有源电力滤波器是目前电力系统中抑制谐波污染和无功功率的最有效手段，本文将确定有源电力滤波器的总体结构，分析其工作原理，确定系统容量，确定了各部分电路和主电路的模型和各元器件的参数值。再通过比较各种控制方案的优势和劣势，用ＭＡＴＬＡＢ建立有源电力滤波器仿真模型。MATLAB /SIMULINK提供的SimPower工具箱涵盖了电力系统仿真的各个模型。本文将利用SimPower工具箱对有源电力滤波器进行建模和仿真将准确显示出有源电力滤波器的工作原理和各电路电压电流波形,验证理论成果的可行性。

2 有源电力滤波器介绍

2.1 APF的基本原理

APF的基本原理是先检测出电力系统中已存在的谐波电流，再通过可控型半导体器件向电力系统中注入与原有谐波电流大小相等、相位相差180度的电流, 使电源总的谐波电流为零, 从而达到实时补偿谐波电流的目的。其原理框图如图2.1所示。

2.1 有源电力滤波器系统原理图

2.2 APF的种类

APF的组成结构形式很多，但其基本原理是一样的。按电路结构可把APF分为并联型APF、串联型APF。

（1）并联型APF

 图2.2为并联型有源电力滤波器基本结构图。由于与电网并联, 可等效为受控电流源。此并联型APF 可产生与负荷电流幅值相等、相位相反的谐波电流, 从而将电网电流补偿为正弦基波电流。此结构适用于抵消非线性负载的谐波电流、电感电容产生的无功功率补偿及平衡三相系统中的电流等。并联型APF 在技术上比较成熟，本文仿真电路也将采用并联型有源电力滤波器。

图2.2 并联型有源滤波器结构图

（2）串联型APF

图2.3为串联型有源电力滤波器基本结构图。通过在电源和负载之间串联有一个变压器, 以消除谐波电压, 从而将电源电压调整为正弦波电压。与并联型APF相比, 串联型APF损耗较大,电能利用率低，且各种保护电路也较复杂。因此,电网中不会独立使用串联型APF, 大多将其制成串并联型有源电力滤波器。

图2.3 串联型有源电力滤波器结构图

2.3 APF的补偿电流控制方法

目前有源滤波器最常用的是PI闭环控制方法，另外国内外的学者还对变结构控制、模糊控制和人工神经网控制等新型控制方法进行了研究。APF控制方法还包括使用开关器件的PWM脉冲信号。目前PWM脉冲形成方法的主要有载波比较法、滞环控制法、空间矢量法和无差拍控制法等。下面简要介绍最常用的三种方法。