摘要：电力电子装置的广泛应用给电力系统带来了大量的谐波和无功。这些谐波和无功危及电力系统的安全运行,增加了发电成本。当前消除电网中的谐波和无功主要有两种方式：1)设置无源滤波器,这类装置主要由L和C两种无源元件组成,通过调节回路中的L和C的配比,形成与谐波电流频率相近的谐振点(一般低于滤波回路的固有谐振频率,这样可以防止谐波的放大),使滤波回路对于谐波电流的阻抗远远小于上级电网对谐波电流的阻抗。这样谐波电流就回流入滤波回路而不注入上级电网。此类无源滤波器主要有以下特点：只能滤除某次或者某几次固定频率的谐波,体积庞大,损耗较大；2)设置有源电力滤波器(APF), APF能够实现对谐波和无功的快速补偿。APF克服了无源滤波器的缺点,能够实现谐波的分次补偿和全部补偿,能够抑制谐波电流谐振。当前APF的理论已经基本成熟,影响APF补偿精度的因素主要有两个方面,分别为指谐波指令电流信号的提取环节,另一个为指令信号的跟踪控制环节。谐波提取算法大体上可以分为两类,一类是在频域内的谐波提取算法,另一类是在时域内进行谐波提取。频域内常用的有FFT算法,时域内常用的有基于瞬时无功功率理论以及最近发展起来的FBD法。传统的指令信号的跟踪控制方法主要有有PI控制以及PID控制,无法实现无静差地跟踪APF指令电流信号(各次谐波信号)。减小偏差的唯一方法就是增加P,但这样会危及系统的稳定性,增加电流谐波以及超调。最近新发展起来的比例谐振控制以及重复控制可以实现对周期指令信号的无静差地跟踪控制。电力电子装置的调制方法主要有SPWM以及SVPWM等方法,SPWM简单易于实现,但是直流侧电容电压的利用率较低。SVPWM调制方法具有直流侧电容电压利用率高,易于数字化实现,输出波形质量好,开关损耗比较小。本文以三相六开关管的APF为对象,建立了两电平APF的数学模型,分析了APF的工作原理。研究了基于瞬时无功功率理论的p-q谐波检测方法、ip-tq谐波检测方法以及基于FBD的谐波检测方法。通过对比各种算法,最终采用基于FBD的谐波检测方法提取谐波指令电流。分别分析了基于PI控制的电流跟踪控制方法和基于PI控制和重复控制构成的复合控制的跟踪方法。电流内环采用复合控制方法,该方法能够实现对谐波指令信号的无静差跟踪。本文利用MATLAB/SIMULINK搭建了两电平APF的仿真模型,并采用MATLAB中的S-Function编写了基于FBD的谐波电流检测程序、PI控制和重复控制的电流跟踪控制程序和两电平SVPWM调制程序。仿真结果验证谐波检测方法的准确性和重复控制的有效性。最后试制了一台380V/50KVA的APF样机,实验结果验证了上述算法的正确性。