有源电力滤波器的谐波检测研究

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有源电力滤波器(APF)在谐波治理中应用

有源电力滤波器（APF）在谐波治理中应用【摘要】随着电力电子技术的飞速发展，大量非线性负载广泛应用，谐波污染问题逐渐受到了高度重视，做为治理谐波最有效的方案——有源电力滤波器（APF）成为了国内外研究热点。

本文通过对谐波的产生原因与危害、波抑制与无功补偿和APF的基本工作原理及发展应用，简要阐述APF在谐波治理中的应用前景。

【关键词】谐波;有源电力滤波器;应用一、谐波研究背景当代世界电力工业中，几乎都采用交流供电方式。

在理想情况下，电源以单一且固定频率（50HZ或60Hz）向电网提供正弦变化的电压。

电网可以视为一个线性系统，系统中各个点的电压，电流会和电源有相同频率的正弦变化，这些电气量只存在幅值和相位的不同。

但随着电力电子技术的发展，电力系统中非线性负荷快速增加，实际系统已经不能近似为理想系统，直接的表现形式就是电压、电流出现了波形的周期性畸变。

从频域分析的角度就是说，这些电压，电流的波形之中不仅包含了与电源相同频率的基波正弦分量，还有一系列频率是基波频率整数倍的高频正弦分量。

这些高频分量统称为电力系统谐波，当电力系统中谐波含量过高时，也可以说存在较重的谐波污染时，电网的安全性和可靠性将会受到威胁，而传统的理论或方法（如正弦电路向量分析法等）也无法应用。

因此，电力谐波已经成为世界各国政府，科学界广泛关注的问题，谐波的研究是很有意义的。

二、谐波产生原因与危害随着我国改革开放的不断深化，现代电力电子变换技术产品等非线性负载的普及应用，一方面是科技发展的表现，另一方面却对电网产生了诸如谐波含量和无功功率增高的不利影响，这使得电网污染成为日益突出的严重问题，因此需要“实施绿色电力电子、打造绿色电网”，就必须首先解决电网污染的这个难题。

根据相关的电路知识，负载的电流与加在两端的电压不呈线性关系，从而形成了非正弦的电流，这些非正弦的电流中就包含有谐波，所以可以得出结论：非线性负载是产生谐波的根本原因。

关于电网中谐波的来源，可以概括为以下三个方面：（一）由于发电源质量问题从而产生谐波，这是因为在制作发电机内部的三相绕组时，几乎不可能做到绝对对称，同样发电机内部的铁心也不会绝对的均匀一致。

有源电力滤波器(APF)在谐波治理中的应用

有源电力滤波器(APF)在谐波治理中的应用摘要：现如今我国整体经济增长不断加快，社会对电力的需求一直在增加，使得电网的覆盖面积也在持续扩大，从而导致各种不同的运行问题出现。

其中，谐波便是常见的一类影响因素，电网在运行的时候，其会产生强烈的破坏，若情况严重，还会引发安全事故。

因此，这些年部分工作人员就开始尝试使用有源电力滤波器(APF)进行处理，降低其造成的影响。

本篇文章主要介绍了APF设备，探讨了谐波出现的原因和带来的危害，分析了APF在谐波治理中的应用，并对于治理案例发表一些个人的看法。

关键词：有源电力滤波器；谐波治理；实际应用引言：在西方发达国家中，APF的应用率非常广，使得电网的供电水平有了明显上升，特别是对于谐波的治理。

这些年中，我国工业化水平也有了显著进步，谐波逐渐成为影响正常用电的基础问题，对我国工业发展的阻碍明显。

因此，相关工作人员同样可以尝试使用APF，对谐波予以控制，将其造成的损害降到最低。

一、APF的概念所谓APF（有源电力滤波器），源自于英文词组Active power filter，指的是一类能够对谐波产生抑制且实现无功补偿目标的电子设备。

基于各类不同的谐波，该设备可以快速进行跟踪并予以补偿。

之所以称作有源，主要是相比无源LC滤波器，其只能被动完成吸收，且对于谐波本身的频率以及大小有所限制。

二、谐波出现的原因和带来的危害（一）谐波出现的原因1.电源质量的原因发电机在实际发电的时候，由于三相绕组的设计很难做到完美对称，因此就会有谐波出现。

不仅如此，发电机里面绝大多数芯片也不能保证足够均匀，所以同样有概率在运行时造成大量谐波产生。

2.配电网的原因在配电网以及输电网内部通常会设置多个变压器，而变压器在实际运行的时候便会形成大量谐波，从而使得配电网以及输电网的正常工作受到影响，出现运行方面的问题。

3.用电设备的原因电网中的多数用电设备都有非线性负载的情况，在日常运行的时候，就会形成大量谐波，从而使得用户的正常用电受到严重干扰。

有源电力滤波器(APF)在谐波治理中应用

有源电力滤波器（APF）在谐波治理中应用三相电路瞬时无功功率理论是APF发展的主要APF;APF有并联型和串联型两种，前者用的多;并联有源滤波器主要是治理电流谐波，串联有源滤波器主要是治理电压谐波等引起的问题。

本文作者研究了有源电力滤波器（APF）在谐波治理中应用。

标签：有源电力滤波器;谐波治理;应用0、引言有源电力滤波器（APF：Active power filter）是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置，它能够对不同大小和频率的谐波进行快速跟踪补偿，之所以称为有源，是相对于无源LC滤波器，只能被动吸收固定频率与大小的谐波而言，APF可以通过采样负载电流并进行各次谐波和无功的分离，控制并主动输出电流的大小、频率和相位，并且快速响应，抵消负载中相应电流，实现了动态跟踪补偿，而且可以既补谐波又补无功和不平衡。

1、有源电力滤波器的工作原理有源电力滤波器（Active Power Filter，简称APF）是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置，它能够对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿。

可以同时滤除多次及高次谐波，滤除率高达95%以上，且不会引起谐振。

有源滤波器APF通过外部电流互感器CT，实时检测负载电流，并通过内部DSP计算，提取出负载电流的谐波成分。

然后通过PWM信号发送给内部IGBT，控制逆变器产生一个和负载谐波大小相等、方向相反的电流注入到电网中补偿谐波电流，实现滤波功能。

APF的内部框架图如图1所示。

2、有源滤波和谐波治理的关系对供电系统中周期性非正弦电量进行傅里叶级数分解，除了得到与电网基波频率相同的分量，还得到一系列电网基波频率的分量，这部分电量称为谐波。

它实际上是一种干扰量，使电网受到“污染”。

向供用电网注入谐波电量或在公用电网上产生谐波电压的电气设备称为谐波源。

在一些工业和商业的电力供应系统中，在额定负荷范围内，有时发生补偿电容器或熔断器频繁发热烧毁、一些测控元件或控制保护设备产生异常误差或误动作、负荷开关失控、生产工艺或产品质量不稳定等原因莫名故障或事故，其实这些问题的最大的起因就是谐波的存在。

有源电力滤波器电压谐波检测器的设计与仿真毕业论文

摘要 (II)Abstract (III)第一章绪论 (1)1.1谐波问题的背景及研究现状 (1)1.1.1谐波问题的提出 (1)1.1.2谐波研究的现状 (1)1.2谐波治理的意义 (3)1.2.1谐波的概念及来源 (3)1.2.2谐波的危害 (3)1.2.3谐波治理的意义 (4)1.3谐波治理的措施 (5)1.3.1无源电力滤波器 (5)1.3.2有源电力滤波器 (6)1.4有源电力滤波器的谐波电压检测技术及其发展 (6)1.41模拟带通滤波器谐波电电压检测方法 (6)1.42检测意义 (7)1.5论文的主要工作 (7)第二章有源电力滤波器的工作原理与结构 (8)2.1有源电力滤波器的基本原理 (8)2.2有源电力滤波器的拓扑结构 (9)2.2.1串联型有源电力滤波器 (9)2.2.2并联型有源电力滤波器 (10)2.2.3混合型有源电力滤波器 (11)2.3有源电力滤波器的主电路 (11)2.3.1主电路形式 (11)2.3.2主电路的工作原理 (12)2.4有源电力滤波器的驱动电路 (12)第三章max261介绍 (14)3.1引言 (14)3.2内部滤波器单元结构 (14)3.21MAX261可编程滤波器主要特点 (15)3.22max261引脚介绍 (16)3.3滤波器工作模式选择 (16)3.4本章小结 (17)第四章电压谐波检测器的原理结构 (18)4.1电压谐波检测器的结构 (18)4.2AD204介绍 (18)4.21AD204应用 (19)第五章研究与仿真 (21)5.1研究 (21)5.2实验 (22)5.3本章小结 (23)参考文献 (25)致谢 (26)摘要近年来，变频器、开关电源、UPS、整流器等装置的日益普及，提高了电网运行的经济效益，但同时也造成了严重的谐波污染。

治理谐波污染、抑制谐波源谐波注入电网，维护电网绿色环境是当前研究重点之。

有源电力滤波器是一种新型的电力电子装置，可以对电力系统中的谐波进行补偿。

电力系统中的谐波监测与滤波技术研究

电力系统中的谐波监测与滤波技术研究电力系统作为现代社会不可或缺的基础设施，在供电过程中可能会产生谐波现象，进而影响供电质量和设备的正常运行。

因此，对电力系统中的谐波进行监测与滤波技术的研究具有重要的意义。

本文将围绕电力系统中的谐波监测与滤波技术展开探讨和研究。

首先，我们来了解一下什么是谐波。

谐波是指信号中频率是基波频率的整数倍的分量，例如基波频率为50Hz的电力系统中，2倍频率就是100Hz的二次谐波。

谐波的产生是由于各种非线性负载对电网的影响，如电弧炉、调光器等。

谐波的存在会导致电压和电流的畸变，进而引起电网设备的损坏和电能的损耗，影响电力系统的稳定运行。

为了监测电力系统中的谐波，可以采用各种谐波监测技术。

其中，最常用的是谐波监测仪。

谐波监测仪是一种专门用于测量电力系统中各次谐波含量的仪器。

它可以通过电流与电压的采样，运用傅立叶变换等算法，将信号转换为频谱图，进而分析和确定谐波的类型和大小。

谐波监测仪具有高精度、高灵敏度和较大的测量范围等优点，可以帮助工程师全面了解电力系统中的谐波情况，并采取相应的措施进行处理。

与谐波监测技术相应的是谐波滤波技术。

谐波滤波技术的主要目的是通过滤除电力系统中的谐波成分，恢复电流和电压的纯正波形，并改善电力系统的供电质量。

谐波滤波器是实现谐波滤波技术的关键设备。

谐波滤波器根据谐波的类型和大小，采用不同的滤波电路和滤波器元件，通过串联或并联的方式与电力系统相连，使谐波通过滤波器绕过负载而流回电网中，从而达到滤波的效果。

在实际的工程应用中，电力系统中的谐波监测与滤波技术的研究具有一定的挑战和难度。

首先，电力系统中的谐波是非线性负载引起的，负载的变化会带来谐波产生频率的变化和谱中谐波含量的不确定性，这为谐波监测和滤波技术的研究带来了一定的复杂性。

其次，电力系统中的谐波会通过传输线和变压器等电力设备相互传递和耦合，需要考虑传输和耦合效应对谐波监测和滤波技术的影响，提高系统的抗干扰能力。

并联有源电力滤波器两种谐波检测方法的研究

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｉｆｌｔｅｒ（ＡＰＦ）；ｈａｒｍｏｎｉｃｓｄｅｔｅｃｔｉｏｎｔｈｅｏｙｒｏｆＰ — ｉ口；ｇｒｉｄ — ｓｉｄｅｃｕｒｒｅｎｔｄｅｔｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ
中圈分类号：ＴＭ７１２文献标识码：Ａ
ＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＴｗｏＳｏｒｔｓｏｆＳｈｕｎｔＡｃｔｉｖｅＰｏｗｅｒＦｌｉｔｅｒＸＵＺａｉ－ｄｅ，ＦＡＮＲｕｉ－ｘｉａｎｇ，ＲＯＮＧＣａｉ－ｘｉａ，ＨＵＡＮＧＹｉｎｇ２
ＥＬＥＣＴＲＩＣＤＲＩＶＥ２０１４Ｖｏ１．４４Ｎｏ．２
电气传动２０１４年第４４卷第２期
并联有源电力滤波器两种谐波检测方法的研究
徐在德 ‘ ，范瑞祥。，荣彩霞，黄瑛（１．江西省电力科学研究院电网技术中心，江西南昌３３００９６；
ＪｉａｎｇｘｉＰｒｏｖｉｃｉｎａｌＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＣｏ．，Ｎａｃｈｎａｎｇ３３００９６，Ｊｉａｎｇｘｉ，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｔｈｅｏｒｙｏｆ
。
且更为简单实用，并在Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ环境下，对两种谐波检测方式的有源电力滤波器进行了仿真分析比较，

有源电力滤波器谐波电流检测方法的研究

电气传动 2015 年第 45 卷第 3 期
谷雪连，等：有源电力滤波器谐波电流检测方法的研究
幅度［7］，以及原始信号基波幅度与初相角的关系，即得原始信号基波的有功分量。另外，此法也可检测谐波分量。计算结果和仿真效果证明了该算法的有效性。
流i L 的基波幅值a1以及计算所得序列i1的基波幅值 V1f 与预设的基波幅值V m 共同带入式（7），可得原
基于瞬时无功理论的 p-q 法、 ip-iq 法不但适
波污染问题变得日益突出。进行常用的治理谐波技术手段均要求能够精确测量基波或谐波信号。在有源滤波器中，消除负载谐波电流与无功电流需要精确测量负载电流瞬时基波有功分量值，再根据检测到的瞬时基波有功分量值计算得到补偿电流，同时驱动补偿电路工作。目前检测电流基波有功/无功分量的常用方法有基于快速傅里叶变换的算法，基于瞬时无功小波变换的算法等
2 谐波电流检测方法
2.1 基波有功分量的检测假设系统电压为无畸变的正弦信号 U sin(ω1t)，采样的原始电流信号为i L ，如下式： i L = a1 sin(ω1t + ϕ1) + a 2 sin(ω 2 t + ϕ 2) + + a n sin(ω n t + ϕ n)
= å a k sin(ω k t + ϕ k )
Research on the Harmonic Current Detection Method of Active Power Filter （School of Optical⁃electrical and Computer Engineering， University of Shanghai for Science and Technology， Shanghai 200093， China）

谐波是怎么产生的呢？有源电力滤波器又如何来抑制这些谐波呢？

谐波是怎么产生的呢？有源电力滤波器又如何来抑制这些谐波呢？安科瑞王志彬2019.03随着电力电子技术的发展和广泛应用，电力系统中非线性负载日益增多，如整流器、变频器、UPS、家用电器及计算机等。

这些非线性负载会产生谐波电流并注入到电网中，使电网中的电压波形产生畸变，从而造成电网的谐波“污染”。

另外，冲击性、波动性负载，如电弧炉、焊接设备等，在运行中不仅会产生大量的高次谐波，而且会使电压波动、闪变、三相不平衡日趋严重，危害电网的安全运行公用电网中的谐波主要是由各种电力电子装置、变压器、发电机、电弧炉、荧光灯等产生的。

在电力电子装置大量应用之前，主要的谐波源电力变压器的励磁电流，其次是发电机。

在电力电子装置应用之后发电机成为主要的谐波源。

有源电力滤波器（APF），原理是从补偿对象中检测出谐波电流，由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相同极性相反的补偿电流。

这种滤波器能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪的补偿。

且不受电网阻抗的影响。

是目前市场上抑制谐波，消除谐波的最理想产品安科瑞ANAPF有源电力滤波器1、概述1.1谐波的产生电力系统中理想的电压、电流波形都是频率为50Hz的正弦波，但是非线性电力设备（大功率可控硅、变频器、UPS、开关电源、中频炉等）的广泛应用产生了大量畸变的谐波电流，谐波电流耦合在线路上产生谐波电压。

对非正弦的畸变电流作傅立叶级数分解，其中频率与工频相同的分量为基波，频率是基波频率整数倍的分量为谐波。

谐波是电能质量的重要指标。

1.2谐波的危害●谐波使公用电网中的元件产生附加的损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率。

大量三次谐波流过中线会使线路过热，甚至引起火灾。

●谐波会影响电气设备的正常工作，使电机产生机械振动和噪声等；使变压器局部严重过热；使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短，以致损坏。

●引起电网谐振，使得谐波电流放大几倍甚至数十倍，会对系统，特别是对电容器和与之串联的电抗器形成很大的威胁，经常使电容器和电抗器烧毁。

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第３３卷
第５期
电力电容器与无功补偿
ＰｏｒＣａａｉｏｗｅｐｃｔｒ＆ＲｅｃｉｅＰｏｒＣｏｍｐｎａｉｎａｔｖｗｅｅｓｔｏ
２１０２年１０月
Ｖｏ．３Ｎｏ５１３．Ｏｃ．ｔ２０１２
有源电力滤波器的谐波检测研究
ＡｂｔａｔＴｅｃｒｅｔｈｒｎｃｐｌｔｎｉｉｃｅｓｇｙｓｒｕｎｃｉｅｐｗｒｆｔｒｇｔｈｕ — ｓｒｃ：ｈｕｒｎａｍｏｉｏｌｉｓｎｒａｉｌｅｏｓａｄａｔｏｅｌｅｅｏｔｕｏｎｉｖｉｅｔ
于频域分析的模拟带通或者带阻、于采样保持原理、于Ｆｙｅ时域分析、于小波变换、基基ｒｚ基基
于ＰｏｙＫｍｎ估计、于神经网络的谐波检测法／自适应滤波理论谐波检测法进行了概括ｒｎ／ａａｌ基
袁浩悦，曹以龙
（上海电力学院电力与自动化Ｔ程学院，上海２０９）０００
摘要：目前电网的谐波污染越来越严重，源电力滤波器由于能实时抑制谐波，以得到外有所
界广泛关注。谐波电流检测的好坏对有源电力滤波器的性能有很大的影响，以，所本文就目前的几种谐波检测方法：于傅里叶变换、于瞬时无功功率理论、于同步参考坐标系ｏｒｉａｅｓｓｅｔｅｒ，ｅｕｎｙｄｍａｎａａｙｉａｅｎａａｏａｄａｓｏｈｏｏｓｒｆｒｎｅｃｏｄｎｔｙｔｍｈｏ￣ｑｅｃｏｉｎｌｓｂｓｄｏｎｇｂｎｐｓｒｙｓｌｂｎｓｐ，ｔｅｓｍｐｅａｄｈｌｉｇｐｎｉｌＦｚｉｏｉｎｌｓｓａｄｔｏｈａｌｎｏｄｎｒｃｐｅ，ｒｅｔｉｙｍｅｄｍａｎａａｙｉ，ｗａｅｅｒｎｆｒａｉｎ，ｖｌｔｔａｓｏｍｔｏ
Ｐｏｙｒｎ／Ｋａｍａｓｉｔｏｌｎｅｔｍａｉｎ，ｎｅｒｌｎｔｒｓｄｐｉｅｆｌｅｎｈｏｒｕｕａｅｗｏｋ／ａａｔｖｔｒｇｔｅｒａｅｓｍｍａｚｄ，ｃｍｐｒｄａｄｉｉｙｉｒｅｏａｅｎａａｙｅｎｌｚｄ．Ｋｅｙｗｏｄｈｒｎｃｄｔｃｉｎ；ａｔｅｐｏｒｆｌｅ；ｐｗｅｕｉｒｓ：ａｍｏｉｅｅｔｏｃｉｗｅｔｒｏｒｑａｔｖｉｌｙ
和比较分析。
关键词：波检测；有源电力滤波器；电能质量谐
中图分类号：Ｍ７Ｔ７３８文献标识码：文章编号：６４１５（０２０－０７０Ｔ２Ｎ１．Ａ１７ —７７２１）５０１－６
ＲｅｅｒｈａｒｌｉｔｃｉｆＡＣｉｅＰｏｒＦｉｔｒｓａｃｏｎＨｎｏｎＣＤｅｅｔｏｎＯｔｖｗｅｌｅ
ｓｄｅｗｏｌｄｏｃｒｕｏｉｓｒａ —ｉａｍｏｉｕｐｒｓｉｎ．ｅｑａｉｙｏａｏｉｕｒｎｉｒｄｗｉｅｃｎｅｎｄｅｔｔｅｌｔｍｅｈｒｎｃｓｐｅｓｏＴｈｕｌｔｆｈｒｎｃｃｒｅｔｍｄｔｃｉｎｈａｒａｎｕｅｃｎｔｅａｔｖｗｅｌｒｎｔｉｒｉｌｅｅｔｏｓａｇｅｔｉｆｎｅｏｈｃｉｅｐｏｒｆｔ．Ｉｈｓａｔｃｅ，ｔｅｅｔｓｖｒｌｋｎｓｏｌｉｅｈｅｐｒｓｎｅｅａｉｄｆｈｒｎｃｄｔｃｉｎｍｅｈｄａｅｎＦｏｒｅｒｎｆｒａｉｎ，ｔａｓｅｔｒａｔｅｐｗｅｈｏｙ，ｓｎａｍｏｉｅｅｔｔｏｓｂｓｄｏｕｉｒｔａｓｏｏｍｔｏｒｎｉｎｅｃｉｏｒｔｅｒｖｙ－
０引言
随着现在各种非线性设备的大规模应用，其负面影响日渐突出。电网中被注入了大量的谐波和次谐波，导致电网中的电压和电流波形严重失真，源电力滤波器由于能实时抑制谐波，以得有所到外界广泛关注。它能对不规则的谐波进行实时的跟踪补偿，流补偿的给定值为谐波电流的检电
ＹＵＡＮｏｙＨａ・ｕｅ，ＣＡＯ —ｏＹｉｌｎｇ
（ｃｏｌｆｌｃｃＰｗｒｎｕｏａｉｎｉｅｒｇＳｈｏｏｅｔｏｅｄＡｔｍｔｎＥｇｎｅｎ，ＥｒｉａｏｉＳａｇａＵｉｒｔｏｌｔｃＰｗｒＳａｇａ２０９，ｈａｈｎｈｉｎｖｓｙｆＥｅｒｏｅ，ｈｎｈｉ０００Ｃｉ）ｅｉｃｉｎ