毕业论文课题相关文献综述
文 献 综 述
一、选题背景
有源滤波器的思想最早出现于1969年B.M.Bird和J.F.Marsh的论文中。文中描述了通过向交流电源注入三次谐波电流以减少电源中的谐波，改善电源电流波形的新方法。文中所述的方法认为是有源滤波器思想的诞生。1971年日本的H.Sasaki和T.Machida完整描述了有源电力滤波器的基本原理。1976年美国西屋电气公司的L.Gyugyi和E.C.Strycula提出了采用脉冲宽度调制控制的有源电力滤波器，确定了主电路的基本拓扑结构和控制方法，从原理上阐明了有源电力滤波器是一理想的谐波电流发生器，并讨论了实现方法和相应的控制原理，奠定了有源电力滤波器的基础。然而，在20世纪70年代由于缺少大功率可关断器件，有源电力滤波器除了少数的实验室研究外，几乎没有任何进展。进入20世纪80年代以来，新型半导体器件的出现，PWM技术的发展，尤其是1983年日本的H.Akagi等人提出了三相电路瞬时无功功率理论，以该理论为基础的谐波和无功电流检测方法在三相有源电力滤波器中得到了成功的应用，极大促进了有源电力滤波器的发展。
与无源滤波器相比，有源滤波器是一种主动型的补偿装置，具有较好的动态性能。有源电力滤波器是近年来电力电子领域的热门话题。目前，有源滤波技术已在日本、美国等少数工业发达国家得到应用，有工业装置投入运行，其装置容量最高可达60MV.A；国内对有源电力滤波器的研究尚处于起步阶段。
二、课题现状
常见的有源电力滤波器的控制方法有:三角波SPWM控制、滞环控制、空间矢量PWM控制、无差拍控制、数字PI控制、最优控制、滑膜控制、反馈线性化解耦等。其中数字PI控制,无差拍控制,最优控制,反馈线性化解耦鲁棒性较差,对系统参数变化和外界干扰反应灵敏,一旦遭遇较大干扰或系统模型建立不精确时,很可能导致系统失衡,使APF补偿性能急剧下降,而三角波SPWM调制控制法的开关频率固定且简单易行、响应速度快,具有连续动态控制的能力。SPWM(Sinusoidal Pulse Width Modulation)即正弦波脉宽调制。三角波SPWM控制方式是最常见的一种控制策略方式,通常是采用等腰三角波电压作为载波信号,正弦波电压作为调制信号,由于三角波两腰间的宽度和其高度成线性关系,当任一条不超过三角波幅值的光滑的曲线与三角波相交时,都会得到脉冲宽度正比于该曲线的一组等幅、等距地矩形脉冲列,故用正弦波电压信号作为调制信号时,可获得脉宽正比于正弦值、等幅、等距的矩形脉冲列,所得到的就是SPWM波形。SPWM控制方式又分单极性和双极性PWM控制方式,单极性驱动是指对于逆变器的同一个桥臂,在一个PWM周期内只有一个功率管导通,另外一只功率管处于关断状态。而双极性驱动则是指在一个PWM周期内,同一桥臂的上、下两只功率管都会开通,两只功率管的开通与关断为互补关系。
三、亟待解决的问题与发展前景
谐波电流和谐波电压的出现，对于电力系统运行是一种污染，它们降低了系统电压正弦波形的质量，不但严重地影响电力系统自身，而且还危及用户和周围的通信系统。近半个世纪以来，随着电力电子设备的推广应用，非线性负荷的迅速增加(例如电气机车、工业电炉等的应用)，特别是高压直流输电的运用，谐波污染问题日趋严重，并因此受到人们普遍的关注和重视。减小谐波影响的技术措施可以从两方面入手：一是从谐波源出发，减少谐波的产生；二是安装滤波装置。常见的滤波器包括无源滤波器、有源滤波器以及混合滤波器。无源滤波器（PF:Passive Filter）也称为LC滤波器，是由滤波电容器、电抗器和电阻器适当组合而成的滤波装置。无源滤波器的工业应用已经有相当长的历史，其设计方法稳定可靠、结构简单，但其滤波效果依赖于系统阻抗特性，并容易受温度漂移、网络上谐波污染程度、滤波电容老化及非线性负荷的影响。此外，无源滤波器仅能对特定的谐波进行有效地衰减，而出于经济和占地面积方面的考虑，滤波器个数均是有限的，所以对谐波含量丰富的场合，无源滤波器的滤波效果往往不够理想。与无源滤波器对应的是有源滤波器（APF:Active Power Filter）。有源电力滤波器采用开关变换器消除谐波电流，克服了无源滤波器的缺点。有源电力滤波器有着无源滤波器无可比拟的技术优势，因此越来越受到人们的关注。
四、预期的理论意义和应用价值
由于电网中非线性负载的大量使用和单机容量的不断增大,在电力系统中产生谐波和无功,造成电网谐波污染,解决谐波污染的主要途径有两条:一是对电力电子设备进行改进(功率因数校正);二是对电网实施谐波补偿,其中无源电力滤波器(PassivePowerFilter)和有源电力滤波器(ActivePowerFilter)是不可或缺的谐波治理手段。无源电力滤波器造价低,但由于自身原理决定存在许多难以克服的缺点;有源电力滤波器成本较高,但响应速度快、补偿效果好、能实现动态连续实时补偿等特点,具有更为广阔的发展应用前景。国外高、低压有源滤波技术均已有实际应用,而我国仅有低压有源滤波技术应用,因此,有效谐波治理控制策略研究具有一定的意义[1]。
