基于MATLAB的并聯(lián)型有源電力濾波器的仿真

1、38(2008.No.5)電氣開關文章編號:1004-289X(2008)05-0038-03基于MATLAB的并聯(lián)型有源電力濾波器的仿真黃飚(湖南新邵電力局,新邵422900)摘要:有源電力濾波器是當前對電網(wǎng)中諧波污染補償或抵消的有效手段,行了理論研究和分析。MATLAB/SIMULINK提供的SimPower面。利用SimPower波形準確直觀地顯示出來,。關鍵詞:有源電力濾波器;諧波;仿真中圖分類號:TM713:tiShuntActivePowerFilterBasedonMATLABHUANGBiao(XinshaoElectricPowerSupplyBureau,Xinshao42

2、2900,China)Abstract:Aactivepowerfilterisaneffectivemethodforharmonicpollutioncompensationoroffsettotheelectricnet2work.Theworkprinciplefortheactivepowerfiltersystemistheoreticallystudiedandanalyzed.SimPowerwork2boxpro2videdbyMATLB/SIMULINKincludesalltheaspectsofthemodelingandsimulationinpowersystem.

3、UseSimPowerwork2boxtobuildthemodelingandsimulationtotheactivepowerfilter.Themethodcanmaketheworkprocessofactivepowerfilterandtherelativewaveformsbeshownaccuratelyanddirectly.Itprovesthevalidityoftheoreticalanalysis.Keywords:activepowerfilter;harmonic;simulation1引言解決電力系統(tǒng)諧波干擾的一個有效方法是使用有源電力濾波器。其中有源電力濾波

4、器(APF)是應用較廣的一種主動式諧波電流補償裝置。本文重點研究三相四線制并聯(lián)電壓型有源電力濾波器。有源電力濾波器的兩大關鍵技術是諧波與無功電流的檢測和補償電流控制。實時、準確地檢測出電網(wǎng)中瞬態(tài)變化的諧波與無功電流是有源電力濾波器進行精確補償?shù)那疤?。補償電流的控制方法是實現(xiàn)有源電力濾波器功能的核心環(huán)節(jié),它負責控制有源電力濾波器產(chǎn)生預期的補償電流。本文簡要介紹了有源電力濾波器的工作原理。文中用基于瞬時無功功率理論的、適用于電網(wǎng)電壓有畸變的ip-iq法對諧波電流進行檢測,用滯環(huán)電流控制方法控制補償電流的產(chǎn)生。最后,為了驗證檢測和控制方法的正確性,本文用MATLAB/SIMULINK下的電力系統(tǒng)模塊

5、SimPowerSystemsBlockset對整個三相四1線制并聯(lián)型有源電力濾波器系統(tǒng)進行了仿真研究。2APF的基本工作原理有源電力濾波器是一種用于動態(tài)抑制諧波、補償無功的新型電力電子裝置。它能對大小和頻率都變化的諧波以及變化的無功進行補償,并可克服LC濾波2,3器等傳統(tǒng)的諧波抑制和無功補償方法的缺點。圖1所示為并聯(lián)型有源電力濾波器的原理圖。圖1并聯(lián)型有源電力濾波器原理圖有源電力濾波器的工作原理是檢測補償對象的電壓和電流,經(jīng)指令電流運算電路得出補償電流的指令信號,該信號經(jīng)補償電流發(fā)生電路放大,得出補償電(2008.No.5)電氣開關39流,補償電流與負載電流中要補償?shù)闹C波及無功電流相抵消,最

6、終得到所期望的電源電流。211APF的諧波檢測方法準確、實時地檢測出電網(wǎng)中瞬態(tài)變化的畸變電流是APF進行精確補償?shù)年P鍵。諧波電流檢測方法主2要有以下幾種:模擬帶通濾波器(或陷波器)檢測法、基于頻域分析的快速傅里葉變換FFT(FastFourierTransformation)檢測法、基于現(xiàn)代控制理論的檢測法、瞬時波形比較法、自適應檢測法和基于瞬時無功功率理論的檢測法。其中,基于瞬時無功功率理論的ip-iq法不僅適用于三相不對稱公用電網(wǎng),壓畸變也有效,具有較好的實時性,到了廣泛的應用。本文選用i-212APF滯環(huán)電流控(HysteresisCurrentControl,HCC)是目前應用非常廣泛

7、的一種非線性閉環(huán)電流控制方法。它利用滯環(huán)比較器形成一個以0為中心、H和一H為上下限的滯環(huán)或死區(qū),通過把補償電流和指令電流的差值控制到規(guī)定的滯環(huán)寬度(誤差限)范圍之內(nèi),來控制逆變器的開關動作。圖2312。在該模塊中完成。模塊輸入量分別為:單相電。其中,電壓信號經(jīng)sinwt和coswt信號,它與電流信號分別經(jīng)abc/ipiq變換和低通濾波器LPF(LowerPassFil2ter)進行信號處理后,再作ipiq/abc逆變換,得到基波有功電流。基波有功電流與負載電流相減,便可得到期望補償電流,即輸出指令電流。仿真模型如圖3所示。3APF仿真研究APF系統(tǒng)是一個復雜的非線性、強耦合控制系統(tǒng),對它進行精

8、確的理論分析是比較困難的,而且新的控制算法應用于這樣一個實際系統(tǒng)往往需要花費大量的時間和精力。仿真可以驗證控制系統(tǒng)結構的正確性,加深對控制規(guī)律的認識和理解。仿真中,系統(tǒng)的一些重要電路參數(shù)和控制參數(shù)的值對實驗裝置的參數(shù)設計具有一定的參考價值。因此,在實際裝置設計制作之前有必要對整個系統(tǒng)檢測、控制算法的有效性進行仿4-6真研究。311負載電流發(fā)生模塊非線性負載是電網(wǎng)中主要的諧波源。非線性負載種類較多,如三相二極管整流橋、三相可控硅整流橋、電弧爐、空調(diào)、電視機、變壓器等,其中最具有代表性的諧波源是直流側帶感性負載的二極管整流橋和三相可控硅整流橋,這類負載在電網(wǎng)中應用較為廣泛,而且產(chǎn)生的諧波含量也較大

9、,典型整流負載電流總畸變率THD(TotalHarmonicDistortion)約為30%。二極管可控整流橋是三相可控硅整流橋在觸發(fā)角為零度時工作的一個特例,因此,仿真模型采用三相可控硅整流橋作為諧波源進行建模,具有代表性。仿真模型如圖2所示。圖3指令電流發(fā)生模塊313補償電流控制模塊補償電流控制模塊如圖4所示。該模塊輸入量為指令電流Riabc,逆變器輸出電流Liabc。該模塊輸出PWM脈沖觸發(fā)有源電力濾波器的逆變主電路,使逆變主電路產(chǎn)生的補償電流能夠跟蹤指令電流,從而達到抑制諧波電流的目的。圖4基于滯環(huán)電流控制法的補償電流模塊除了上述主要的仿真模塊外,另外還要有有源電力濾波器的逆變主電路、

10、三相電感L和直流側電壓共同使用,便可得到整個有源電力濾波系統(tǒng)仿真模型。(下轉第43頁)(2008.No.5)電氣開關43收稿日期:2008-06-25作者簡介:鄭峰(1983-),男,浙江溫州人,碩士,主要研究方向電力電子在電力系統(tǒng)中應用。郭吉偉(1981-),男,河北衡水人,碩士,主要研究方向電力電子技術在電力系統(tǒng)中的應用。512同步誤差仿真由最大誤差的推導過程可知,各次諧波分量(含基頻分量)的誤差規(guī)律是相同的,對基波的仿真分析結果可推導其它次,而直流分量的影響需要特別考慮。為滿足不同的精度要求,我們采用不同的采樣頻率。每周波12點的采樣值時,插值采樣值誤差最大為3144%,每周波24點采樣

11、時,插值采樣值誤差最大為0190%,驗證了上述誤差計算結果。采樣率N=24時的穩(wěn)態(tài)采樣誤差仿真內(nèi)容如圖7所示。(上接第39頁)46。從圖中可以看出,投入APF,。圖7圖8暫態(tài)采樣值誤差圖考慮最嚴重暫態(tài)過程,對暫態(tài)信號用i(t)=I1sin(t)+I1et/T來仿真,時間常數(shù)T取80ms,計算公式為N222nIN,當N=24時的暫態(tài)采樣誤差如圖8,得誤差圖5補償前的波形圖6補償后的波形不大于01035I1,為使誤差滿足0186%,且直流分量幾乎沒有影響,則采樣頻率N=48。5結論本文所設計的有源電力濾波器可以有效抑制電力電子裝置所產(chǎn)生的諧波,具有較好的補償特性,在一些諧波成分復雜、多變的場合更具

12、有優(yōu)勢。可以為有源電力濾波器實際的研制工作提供參考和依據(jù),具有重要的指導意義。參考文獻1劉春花,周臘吾.基于ip-iq法的混合有源濾波器諧波電流檢測6結語為了滿足配電網(wǎng)自動化對電流互感器低成本,安裝方便等方面的要求,我們放棄了傳統(tǒng)的電磁式電流互感器和用GPS實現(xiàn)同步的方法。采用了更適合的電子式電流互感器和在合并單元進行插值計算實現(xiàn)同步的方法,并對此過程進行了仿真和誤差分析,從實驗結果看,測量數(shù)據(jù)可以滿足配電網(wǎng)自動化電流測量的要求。參考文獻1張釗.配電網(wǎng)故障定位的通用矩陣算法J.電力系統(tǒng)自動化設方法J.繼電器,2005,3,33(5):24-26.2王兆安,楊君,劉進軍.諧波抑制和無功功率補償M

13、.北京:機械工業(yè)出版社,1998.3劉鳳君.Delta逆變技術及其在交流電源中的應用M.北京:機備,2005,25(7):40-43.2宋明,鄭建勇,丁志鋒,等.電力系統(tǒng)GPS同步時鐘J.電力自動械工業(yè)出版社,2003.4薛定宇,陳陽泉.基于Matlab/Simulink的系統(tǒng)仿真技術與應用M.北京:清華大學出版社,2004.5李維波.MATLAB在電氣工程中的應用M.北京:中國電力出版化設備,22(10):50-51.3殷志良,劉萬順,秦應力,等.一種基于FPGA技術的電子式互感器接口實現(xiàn)新方法J.電力系統(tǒng)自動化,2004,28(14):93-96.4王化冰,王彥輝.電子式電流互感器的研制J.電測與儀表,2006,43(11):32-34.5王濤,李紅斌,陳金玲,等.數(shù)字積分器在電子式電流互感器中的社,2006.6常鵬飛,王彤,曾繼倫.MATLAB及其在三相四線有源電力濾波器仿真研究中的應用