滤波器设计论文

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滤波器设计论文范文第1篇

关键词：无功功率，谐波，有源滤波，DSP

 

0.前言

随着电力电子装置的广泛应用,电网中的谐波污染也日益严重。另外,许多电力电子装置的功率因数很低,给电网带来额外负担并影响供电质量。可见消除谐波污染并提高功率因数,已成为电力电子技术中的一个重要的研究领域。解决电力电子装置的谐波污染和低功率因数问题的基本思路有两条: (1)装设补偿装置,以补偿其谐波和无功功率; (2)对电力电子装置本身进行改进,使其不产生谐波,且不消耗无功功率,或根据需要对其功率因数进行控制。

1.无功与谐波自动补偿装置的原理

1.1有源电力滤波器的原理

电力滤波器主要包括有源滤波器和无源滤波器,或两者的混合,即混合滤波器。

有源电力滤波器(APF)根据其与补偿对象连接的方式不同,分为并联型和串联型两种,而并联型滤波器在实际中应用较广。下面以并联型有源滤波器为例,介绍其工作原理。论文参考。HPF(High Pass Filter)是由无源元件RLC组成的高通滤波器,其主要作用是滤除逆变器高频开关动作和非线性负载所产生的高频分量;负载为谐波源,它产生谐波并消耗无功功率。有源电力滤波器主要由两部分组成,即指令电流运算电路和补偿电流发生电路(PWM信号发生电路、驱动电路和逆变主电路)。指令电流运算电路的作用是检测出被补偿对象中的谐波和无功电流分量,补偿电流发生电路的作用是根据指令电流发出补偿电流的指令信号,控制逆变主电路发出补偿电流。

作为主电路的PWM变流器,在产生补偿电流时,主要作为逆变器工作。为了维持直流侧电压基本恒定,需要从电网吸收有功电流,对直流侧电容充电时,此时作为整流器工作。它既可以工作在逆变状态,又可以工作在整流状态,而这两种状态无法严格区分。

有源滤波器的基本工作原理是:通过电压和电流传感器检测补偿对象(非线性负载)的电压和电流信号,然后经指令电流运算单元计算出补偿电流的指令信号,再经PWM控制信号单元将其转换为PWM指令,控制逆变器输出与负载中所产生的谐波或无功电流大小相等、相位相反的补偿电流,最终得到期望的电源电流。

1.2无功与谐波自动补偿装置的原理

为适应滤波器要求容量大这一特点,我们采用了有源电力滤波器与无源LC滤波器并联使用的方式。其基本思想是利用LC滤波器来分担有源电力滤波器的部分补偿任务。由于LC滤波器与有源电力滤波器相比,其优点在于结构简单、易实现且成本低,而有源电力滤波器的优点是补偿性能好。两者结合同时使用,既可克服有源电力滤波器成本高的缺点,又可使整个系统获得良好的滤波效果。

在这种方式中,LC滤波器包括多组单调谐滤波器和高通滤波器,承担了补偿大部分谐波和无功的任务,而有源滤波器的作用是改善滤波系统的整体性能,所需要的容量与单独使用方式相比可大幅度降低。

从理论上讲,凡使用LC滤波器均存在与电网阻抗发生谐振的可能,因此在有源电力滤波器与LC滤波器并联使用方式中,需对有源电力滤波器进行有效控制,以抑制无源滤波器与系统阻抗之间发生谐振。论文参考。

2.无功与谐波自动补偿装置控制系统设计

2.1系统技术指标

(1)适用电源电压等级: 220 V(AC) , 380V(AC)

(2)有源滤波器补偿容量: 50kVA(基波无功);150A(最大瞬时补偿电流)

(3)可以控制的无源补偿网络的功率等级: 500kVA。

(4)在无源补偿网络容量范围内,补偿后的电源电流:功率因数高于0. 9,总谐波畸变系数(THD) <5%,三相负载电流的不对称系数<3%。

(5)可适用的运行环境:室内;温度-20~

55℃;相对湿度<90%。

2.2有源滤波器控制系统的设计

双DSP芯片分别采用浮点芯片TMS320VC33和定点芯片TMS320LF2407,以下简称为VC33和F2407。对VC33来讲,其运算能力很强,主频最高为75MHz,但片内资源和对外I/O端口较少,逻辑处理能力也较弱,主要用于浮点计算和数据处理;而F2407正好相反,其片外接口资源丰富,I/O端口使用方便,但其精度和速度有一定限制。所以用于数据采集和过程控制。

中央控制器由F2407实现,主要用于①主电路电压、电流的采集;②四象限变流器的控制;③无源补偿控制指令的;④显示、按键控制;⑤与上位机的通讯。两个DSP芯片通过双端口RAM完成数据交换。通过这两个DSP芯片的互补结合,可充分发挥各自的优点,使控制系统达到最佳组合。各相无源补偿网络的控制及电流检测由各自的控制器完成。各控制器通过光电隔离的RS-485通讯总线与F2407相连。

3.结论

3.1提出了一种新的电力系统谐波与无功功率的综合动态补偿方式,对无功与谐波自动补偿装置主电路和控制系统工作原理进行了分析。

3.2由于电源系统的谐波对应于一个连续的频谱,投入有源滤波器可以大大改善滤波性能,并能抑制LC电路与电网之间的谐振。有源滤波器的控制系统采用了基于双DSP结构的全数字化控制平台。论文参考。

3.3在此项目的实践中,电力系统的功率因数提高到0.9以上,完全符合此项目合同的技术性能指标。同时使供电网的谐波得到了有效抑制。通过仪器检测5次、7次等谐波电流几乎为零值。

【参考文献】

[1]赵庆华,吴琦.无功补偿电容器容量计算及放电器的配置[J].安徽电力职工大学学报,2003,(03).

[2]刘凯峰,郑常宝.一种SVC试验装置的设计[J].安徽电子信息职业技术学院学报,2007,(06).

[3]杨孝志.几种无功补偿技术的分析和比较[J].安徽电力,2006,(02).

[4]柯勇,钱峰.有源电力滤波器谐波电流检测研究及仿真[J].安徽工程科技学院学报(自然科学版),2008,(02).

[5]张艳红,张兴,林闽,吕绍勤,张崇巍.与建筑相结合的光伏并网发电示范电站[J]中国建设动态.阳光能源,2005,(06).

[6]朱连成,王琳,宁春明,刁嫣妲.基于EXB841的IGBT驱动保护电路的设计[J].辽宁科技大学学报,2008,(01).

[7]彭伟.电力变压器差动保护误动的非故障原因分析[J].安徽水利水电职业技术学院学报,2002,(02).

[8]许娅.供电系统中谐波产生原因及限制措施[J].安徽水利水电职业技术学院学报,2003,(02).

[9]范木宏,成立,刘合祥.电荷泵锁相环的全数字DFT测试法[J].半导体技术, 2005,(04).

[10]杨越恩,王晓平.SVC动态无功补偿技术在包钢供电网的应用[J].包钢科技, 2008,(03).

滤波器设计论文范文第2篇

关键词：双频带通滤波器 开环谐振腔 耦合谐振腔

中图分类号：TN713.5 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）07-0151-01

本世纪以来，在欧美日等国，对于双频滤波器的研究与设计一直受到极大的重视，迄今已开发了多种形式的双频滤波器，发表了很多论文和研究报告。微波双频带通滤波器，可以同时工作在无线通信两个不同频带。这种滤波器是用一个双频单元来处理两个频带的信号。常用的设计方法主要有利用谐振腔结构的高频寄生通带，即把谐振腔的基模谐振频率和它的第一个杂散响应频率通过合理的耦合设计，分别形成双频带通滤波器的第一和第二通带。本文论述一种采用耦合谐振腔的双频带通滤波器的分析和设计方法。

1 耦合谐振腔双频带通滤波器原理

双频耦合带通滤波器的等效电路可以看成是两个单频段耦合带通滤波器的叠加，滤波器中的两个谐振频率由同一个谐振腔产生，因此谐振腔的个数可以减少一半。并且耦合谐振双频段滤波器的输入输出都只有一个谐振腔，因此设计需要在同一馈电点同时达到两个频段所要求的有载品质因数。滤波器中谐振腔之间的耦合也需要在同一位置同时满足两个频段的设计要求。

设计一个双频带通滤波器，首先要确定其通带频率以及带宽，然后求出谐振腔的各个参数，枝节长度，位置。谐振腔之间的距离可以通过带宽的需要来调节，在确定了谐振腔的尺寸之后，即要确定抽头的位置，用以实现频带所需的有载品质因数。

2 双频带通滤波器的设计

利用枝节加载的开环谐振腔，采用电耦合结构，设计了一个两腔的切比雪夫双频带通滤波器。该滤波器的两个通带中心频率为f1=3.0GHz，f2=5.3GHz，带内波纹0.01dB，3dB相对带宽分别为FBW1=10%和FBW2=8%。

该滤波器印制于介电常数为2.65，厚度为1mm的介质板上，其结构如图1所示。滤波器的电耦合系数随谐振腔的间距S变化的曲线通过软件Ansoft HFSS仿真得出，如图2所示。

取θ1=93°，θ2=93°，θs=30°（基于基本谐振模式f1=3GHz得出）即可以实现f2/f1=1.78的频率比，并通过仿真优化确定其相应参数的尺寸为La=10.5mm，L1=4.2mm，L2=1.6mm。

其中频率f1和f2处所得到的电耦合系数分别用k1和k2表示，k1和k2的大小表示着谐振腔间的耦合强弱，决定着两个工作频率的相对带宽的大小。由图2中曲线可知，在同一个间距S处，k1值大于k2值，也就是说，该滤波器的相对带宽FBW1将大于FBW2。但随着S的增加，两条曲线逐渐接近，k1与k2间的差值减小，相对带宽也趋于接近。

对于两级切比雪夫滤波器，谐振腔的耦合系数由带通滤波器的相°对带宽FBW，切比雪夫低通原型滤波器的元件值g1和g2，对应的频带n=1，2。通过计算得到滤波器的两个频带的电耦合系数分别为0.047和0.037，则取间距S=0.7mm。

在确定了谐振腔的尺寸之后，即要确定抽头的位置，用以实现频带所需的有载Qe。经过仿真优化，取馈点位置φ1=72°即可在两个频率处都实现良好的阻抗匹配，相应的结构参数Lf=9.1mm，Wf=0.9mm。最终仿真该滤波器所得到的S参数曲线如图3所示。由图3可知，两个3dB通带分别为2.8-3.2GHz和5.1-5.56GHz，带内最大插入损耗-0.02dB和-0.07dB具有良好的通带特性。

改变枝节的长度θs，高次模的谐振频率也随之相应改变，即第二个通带的中心频率f2将发生偏移。令θs分别为15°，30°和45°，进行仿真分析，所得到的S21曲线如图7所示。由图4可知，随着θs的变长，工作频率f2明显向低频处移动，而基模频率f1几乎保持不变，因此可以通过调节枝节的长度来改变频率比，改变频率f2的值。

由此可见，应用枝节加载谐振腔可以实现双频带通滤波器的设计，通过调节枝节的长度及位置可实现任意频率比。

3 结语

本文研究了双频耦合谐振带通滤波器的设计理论，得到了双频带通滤波器中滤波器参数与耦合系数及外部Q值之间的关系。对枝节加载开环谐振腔的特性进行了系统的研究，并利用这些理论和设计方法仿真设计了一个双频带通滤波器，分析了参数变化对其谐振频率的影响，两个3dB通带内最大插入损耗分别为-0.02dB和-0.07dB具有良好的通带特性。仿真优化结果验证了该方法设计双频带通滤波器的有效性，证明了这种方法在设计无线通信系统双频带通滤波器的可实用性。

参考文献

[1]何小明.宽带通信滤波器工艺开发和应用[N].中国电子报，2002年.

滤波器设计论文范文第3篇

关键词： 频率测量； 声表面波； 传感器； 中界频率

中图分类号： TN911?34； TP212.9 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2015）08?0136?03

Study on a new method of frequency measurement based on SAW sensor

MA Hui?cheng

（Science and Technology Department， Xi’an Innovation College， Yan’an University， Xi’an 710100， China）

Abstract： The shortcomings of the traditional frequency measuring methods are discussed in this paper. A new method of frequency measurement based on SAW sensor and a measuring circuit are designed. The frequency is preselected by SAW band?pass filter. The signal which is higher than intermediate frequency is measured by the method of frequency measurement and period measurement for others. The hardware circuit is composed of high speed digital devices. The system has high accuracy and is worth to spread.

Keywords： frequency measurement； SAW； sensor； intermediate frequency

传统的频率测量是利用频率计数电路[1]，在规定的时间内对频率信号进行计数，这个规定的时间就是闸门时间，闸门时间是由双稳态电路提供的。测得的频率数值[fx]，是在闸门时间[Tg]内对脉冲的计数值[Nx]与闸门时间[Tg]的比值，即[fx=NxTg]。当频率计正常运转时，被计数的信号脉冲首先通过闸门然后输入计数器，一般状况下，闸门的打开与闭合与计数脉冲在端口输入的时间是不同的。因此在相同的闸门时间里，频率计数器对相同的脉冲信号计数时，最终的显示值是不一样的，即有可能产生[±1]个脉冲误差值[2]。[Nx]会产生误差，[Tg]也会产生误差，这些误差的叠加就构成了实际的测频误差。利用晶振来产生基准时间信号[Tg]，方法是晶振的输出信号[fb]通过[n]级10分频电路，即[Tg=10n×1fb]。所以，[fx=Nx/Tg=Nx×][fb10n]。最终测频法的相对误差[dfxfx]为：

[dfxfx=dNxNx+dfbfb] （1）

[δf=δN+δ0] （2）

式中：[δN=dNxNx=±1Nx]是示值的相对误差，也叫量化误差；[δf=dfxfx]是被测频率信号的相对误差；[δ0=df0f0]是晶体振荡器的频率准确度，可以用来表示频率信号的稳定程度。

由式（2）可得，，被测频率的相对误差由两方面内容构成。即系统石英晶体振荡器的频率稳定度和量化误差组成。量化误差与两个因素相关：被测信号的频率值得上下限和双稳态电路的输出闸门时间。在某一频率[fx]的值不变的情况下，闸门时间[Tg]越大，误差值越小，闸门时间[Tg]越短，误差值越大。如果取闸门时间[Tg]为某一定值时，测量值[fx]越大，误差越小，测量值[fx]越小，误差就越大。在检测过程中就会出现频率值较低的信号测量精度较低，频率值较高的信号测量值较高的情况。系统的测频结果与频率信号的高低有直接关系。为了避免出现以上的情况，本文设计了一种利用表面声波器件的新式测频法。

1 新型测频法原理

外界的物理量可以影响声表面波（Surface Acoustic Wave，SAW）[3]传感器输出频率的数值。表面声波传感器的固有频率达到了百兆Hz量级，这个频率太高，因此很难被频率计精准测量，只有通过成比例的降低频率才能精准测量。本文的被测量是表面声波传感器在进行了差动结构的改进之后输出的频率。这个频率在经过混频电路之后就处于0～1 MHz之间。这个频率范围是可以精准测量的。为了在频率的两端都有较高的测量精度和较低的测量误差，本文设计了利用表面声波带通滤波器的新式频率测量方法。带通滤波器对于通过的信号有较强的选择能力，只有信号的频率在通频带内的信号才能无失真的通过。在此可以按照频率的高低来设计两个声表面带通滤波器，设计方式主要是在插指换能器的密度上按事先计算的结果来排成不同的密度，声波在谐振腔内的振动频率由于换能器的密度不同而不同。这样最终输出的频率就根据插指的密度不同而不同，整个系统只要2个带通滤波器就可以了。将来如果想要实现精度更高的系统，可以考虑多个带通滤波器的情况，这样带通滤波器的设计难度会增加。

频率信号的测量方式有两类，高频段可以测频以及低频段可以测周期。至于何时测频以及何时测周期则要看测量仪器的中界频率 的窄脉冲，以此脉冲触发双稳态电路1，从双稳态电路的输出端即得到所需要的宽度为基准时间的值可以推算出外界加速度的大小。同理，当[f1

2 分频、计数以及显示模块的设计

被测信号的频率介于0～1 MHz，相对数字电路器件来说信号的频率稍高。电路各个元器件都有传输延迟的现象，高频信号在测量中就会产生一些误差，这些误差体现在计数环节，译码环节及数码显示环节上。利用D触发器具有分频的特性，在正式测量前对信号进行降频，这样可以得到一个频率相对较低的信号。这样的信号在后续的测量过程中不会带有太大的误差。

图2是后续电路，包括显示、分频和计数3个环节。频率降低的原理是通过D触发器对输入被测信号首先进行两分频，这样可以得到输入信号频率一半的被测信号。电路的结构是把D触发器的端口[Q]与D触发器的置位端口D直接连接从而构成两分频电路。触发器输出端的输出信号再送到10进制计数器74LS192D的UP端口，这个信号的频率很高达到了1 MHz，所以必须用6个数码管来显示被测结果。低位计数器的C0端口和高一位的UP端口连接，这样就可以显示6位10进制数字。电路图里J1的功能是对数码管进行清零操作，以保证测量开始时数码管都显示0。整体电路如图2所示。3 试验结果及精度分析

利用Multisim 10软件对测频电路进行分析。分析过程为选取1 MHz的标准信号，首先进行2分频，整体电路里的频率计XFC1对上述信号进行测量，显示示值为500 kHz。使用软件自带的示波器对两路信号进行观测， 由图3、图4可得2分频后的信号频率约为被测信号频率的一半。测试数据证明所设计的两分频电路满足测量的要求。从表1可以看出，系统在测量时在低频段的误差几乎为0，只有在高频段才出现了误差。信号源输出的频率为500 kHz时，系统的测量频率为499 kHz，绝对误差是1 Hz。信号源输出的频率为1 000 kHz时，系统的测量频率为997 kHz，绝对误差是3 Hz。

4 结 语

频率的测量在科学研究工业生产的各个方面都具有很重要的作用，能否得到一个准确的频率值往往决定了一个检测系统的优劣。例如：现代很多传感器输出的信号具有准数字化特征，这个特征就是信号不用进行模/数转换就可以直接输入测量系统进行测量，电路的结构得以简化，但是这个频率信号的测量误差是个难以解决的问题，传统的测频法无法解决在频率的上、下限处测量时产生的较大误差。本文提出的基于频率选择的测频  本文由wWW. DyLw.NeT提供，第一 论 文 网专业写作教育教学论文和毕业论文以及服务，欢迎光临DyLW.neT法在误差控制上得到了提高，但是还有一些问题尚需解决，例如下一步可以考虑测量理论的具体实现。利用智能系统实现新型频率测量方法，首先要考虑选用哪种芯片，在电路中还要选取具体的双稳态电路和相应的触发器。电路中的滤波与放大电路也要设计合理，只有所有的因素满足系统的需要，整个系统才能体现出设计目标。

图4 双通道示波器显示图

表1 试验数据

参考文献

.制造业自动化，2010（2）：184?185.

[2] 刘骏跃.声表面波惯性器件传感检测研究[D].西安：西北工业大学，2007.

滤波器设计论文范文第4篇

【关键词】谐波，污染，危害，抑制

1.研究背景

电力系统谐波问题早在20世纪20年代和30年代就引起科学家和工程师们的注意。早在19世纪末，当交流电以一种新兴的动力形式出现时，人们就发现了电压、电流的波形畸变问题，并同时对畸变的原理及消除方法等开始研究。当时在德国，由于使用静止汞弧变流器而造成了电压、电流波形的畸变。1945年JCRead发表的有关变流器谐波的论文是早期有关谐波研究的经典论文。

2.电力电子装置中的谐波产生

谐波即对周期性的交流量进行傅里叶分解，得到频率大于一的整数倍基波频率的分量。电网中的谐波主要是由各种大容量功率变换器以及其他非线性负载产生的，其中主要的谐波源是各种电力电子装置，如整流装置、交流调压装置等，这其中，整流装置所占的比例最大，它几乎都是采用带电容滤波的二极管不控整流或晶闸管相控整流，它们产生的谐波污染和消耗的无功功率是众所周知的；除整流装置外，斩波和逆变装置的应用也很多，而其输入直流电源也来自整流装置，因此其谐波问题也很严重，尤其是由直流电压源供电的斩波和逆变装置，其直流电压源大多是由二极管不控整流后经电容滤波得到的，这类装置对电网的谐波污染日益突出。

3.谐波的危害

电网中日益严重的谐波污染常常对设备的工作产生严重的影响，其危害一般表现为：1）谐波电流使输电电缆损耗增大，输电能力降低，绝缘加速老化，泄漏电流增大，严重的甚至引起放电击穿。2）使电动机损耗增大，发热增加，过载能力、寿命和效率降低，甚至造成设备损坏。3）容易使电网与用作补偿电网无功功率的并联电容器发生谐振，造成过电压或过电流，使电容器绝缘老化甚至烧坏。4）谐波电流流过变压器绕组增大附加损耗，使绕组发热，加速绝缘老化，发出噪声。5）使大功率电动机的励磁系统受到干扰而影响正常工作。6）影响电子设备的正常工作，如：使某些电气测量仪表受谐波的影响而造成误差，导致继电保护和自动装置误动作，对邻近的通信系统产生干扰，非整数和超低频谐波会使一些视听设备受到影响，使计算机自动控制设备受到干扰而造成程序运行不正常等。

4.谐波的抑制

4.1采取主动措施，减少电力电子设备的谐波含量

1）多脉波变流技术 对于大功率电力电子装置，常将原来6脉波的变流器设计成12脉波或24脉波变流器，以减少交流侧的谐波电流含量。

2）脉宽调制技术 其基本思想是控制PWM输出波形的各个转换时刻，保证四分之一波形的对称性。使需要消除的谐波幅值为零，基波幅值为给定量，达到消除指定谐波和控制基波幅值的目的。

3）多电平变流技术 针对各种电力电子变流器采用移相多重法、顺序控制和非对称控制多重化等方法，将方波电流或电压叠加，使得变流器在交流电网侧产生的电流或电压为接近正弦的阶梯波，且与电源电压保持一定的相位关系。

4.2安装电力滤波器，提高滤波性能

1）无源电力滤波器。无源电力滤波器（PPF）即利用电容和电抗器组成LC调谐电路，在系统中能够为谐波提供并联低阻通路，起到滤波作用；同时，利用电容还能补偿无功功率，改善电网的功率因数。但由于结构和原理上的原因，使用无源滤波装置来解决谐波问题也存在一些难以克服的缺点，如：只能滤除特定次谐波，谐波补偿频带较窄，过载能力小，对系统阻抗和频率变化的适应性较差，稳定性较差，体积大，损耗大等。

2）有源电力滤波器。通过检测电网中的谐波电流，然后控制逆变电路产生相应的补偿电流分量并注入电网，以达到消除谐波的目的。APF按与系统的连接方式不同可分为串联型、并联型和串―并联混合型。并联型APF主要适用于感性电流源负载的谐波补偿，串联型APF主要用于消除带电容的二极管整流电路等电压型谐波源负载对系统的影响，串―并联型APF兼有串、并联APF的功能。APF滤波特性不受系统阻抗影响，不会与电网阻抗产生串联和并联谐振的现象，且对外电路的谐振具有阻尼的作用。此外，APF具有高度可控性和快速响应性，不仅能补偿各次谐波，还可抑制电压闪变，补偿无功电流，性价比较为合理。

3）混合型电力滤波器。混合型电力滤波器将无源滤波器与有源滤波器组合起来，其中有源滤波器不直接承受电网电压和负载的基波电流，仅起负载电流和电网电压的高次谐波隔离器的作用，因而有源滤波器的容量可以设计得较小，利用串联的有源滤波器增加高次谐波阻抗而对基波无影响的特性，可以改善无源滤波器的滤波效果，防止与电网之间发生谐振，但其缺陷是有源滤波器的性能很大程度上决定于电流互感器的特性。另外新型混合有源电力滤波器方案，采用开关频率较低的IGBT构成的逆变器来进行无功补偿，由开关频率高，耐压较低的MOSFET构成的逆变器进行谐波电流补偿，高频逆变器的输出侧采用变压器隔离，可消除大部分干扰。为了更好地达到抑制谐波的效果，对不同的谐波源负载应该采用相应结构的滤波装置，如级联型大功率APF、基于DSP的智能型APF等的研究都标志着低损耗、大功率、高频率、智能化的APF是其发展方向。

5.结论

日益严重谐波污染已引起各方面的高度重视，“谐波污染”已成为电网内三大公害之一。随着对谐波现象的进一步认识，将会找到更有效的方法抑制和消除谐波，同时也有助于制度更加合理的谐波管理标准。为了更好地达到抑制谐波的效果，对不同的谐波源负载应该采用相应结构的滤波装置，只有各方面都重视起来，进行治理，才能还电网一个干净的环境。

参考文献：

[1]王兆安.黄俊.电力电子技术.北京：机械工业出版社.2003

[2]陈坚.电力电子变换和控制技术.北京：高等教育出版社.2002.

滤波器设计论文范文第5篇

Abstract： Based on instantaneous reactive power， harmonic and reactive current detection method research， ip-ip detection method is proposed， and the design principle of active power filter （APF） are introduced. Using the SIMULINK simulation of APF system is introduced and the design process and its results analysis， active filter system simulation will play a large role of physical production.

关键词： 瞬时无功功率理论；APF；SIMULINK仿真

Key words： instantaneous reactive power；APF；SIMULINK simulation

中图分类号：TM743 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）26-0032-02

0 引言

随着电力电子装置的日益广泛使用，其本身所具有的非线性导致了电网中携带大量的谐波，这些谐波给整个电网和用电设备造成了严重的危害。

目前，抑制谐波的一个主要研究趋势就是采用有源电力滤波器（APF），APF系统是一个非线性、强耦合的控制系统，对它进行理论分析有一定难度，但可以做相应的仿真实验，加深对有源滤波器控制规律的认识和理解。所以，在实际装置制作之前有必要对整个系统进行动态仿真。

1 瞬时无功功率理论及检测原理介绍

1.1 基于瞬时无功功率的谐波与无功电流检测方法 假设三相电路中的电压瞬时值为ua、ub、uc，其电流瞬时值为ia、ib、ic。对它们进行C32变换，经变换可以得到

■=C32■（1）

■=C32■（2）

式中：C32=■■

定义瞬时有功功率为p，瞬时无功功率为q，则

■=■■（3）

经过低通滤波器可以得到p，q的直流分量，当电网电压没有畸变时，p是由基波有功电流和电压作用产生，q是由基波无功电流和电压作用产生。则

■=■■（4）

由p，q即可计算出被检测电流的基波分量iaf，ibf，icf为

■=C23■=C23■■■（5）

若将iaf，ibf，icf与ia，ib，ic相减，即可得到电流的谐波分量为iah，ibh，ich。

上述方法根据三相电路的瞬时无功功率理论，计算出瞬时有功功率p和瞬时无功功率q，经过变换后，得到三相电流谐波分量，这种方法称为p-q法。

1.2 ip-iq检测原理介绍

ip-iq检测方法中，需要用到与a相电网电压ea同相位的正弦信号sin？棕t和对应的余弦信号-cos？棕t，它们可以由锁相环（PLL）和正余弦信号发生电路得到。并根据定义可以计算出ip、iq，经过低通滤波器（LPF）得出ip、iq的直流分量ip、iq，这里 ip、iq是由iaf、ibf、icf经坐标变换得到的，进而可计算出iah、ibh、ich。

2 APF仿真模型及结果分析

2.1 ip-iq模块的设计及仿真分析

ip-iq模块原理图如图2所示，三相电流先经过C32变换、p-q变换后，经过低通滤波器（LPF）滤除高次谐波，再经过p-q反变换和C23变换得到基波分量。对ip-iq模块进行仿真。图3为三相谐波分量。三相电流分量减去经过变换得到的基波分量，剩下的就是三相谐波含量。此模块的设计达到了提取谐波分量的目的，为下一步补偿谐波分量做准备。

2.2 APF 模块的设计 APF模块设计的目的是对前面提取的三相谐波分量进行取反，进而补偿到电网中，以达到消除谐波的目的。此模块如图4所示。经过对APF模块仿真，得到取反后的其中一相谐波分量，这也就是要补充给电网中的谐波含量，如图5所示。

2.3 系统仿真 按照前面所述步骤，得到如下仿真系统，如图6所示。经过仿真得到治理前的电压电流分量和治理后的电流分量，分别如图7和8所示。

3 仿真结果分析

治理前电流波形如图7所示，含有不少毛刺儿，即存在谐波分量。治理后如图8所示电流波形。因此可以得出，有源电力滤波器对于三相不平衡负载的谐波电流起到了很好的补偿作用，在动态抑制谐波和补偿无功方面起到了很好的效果。动态仿真将对有源电力滤波器电力电子装置的研制起到很大的推动作用。

参考文献：

[1]王璐.基于DSP的有源电力滤波器研究[D].西南交通大学硕士学位论文，2003.