基于MATLAB的電力有源濾波器的仿真研究

1、武漢（南方九?。╇姽だ碚搶W(xué)會第十七屆年會論文集基于的電力有源濾波器的仿真研究周永旺，王鋼（：華南理工大學(xué)電力學(xué)院，廣東工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院，廣東省廣州市；：華南理工大學(xué)電力學(xué)院，廣東省廣州市）摘要：隨著非線性負(fù)載的廣泛應(yīng)用，電網(wǎng)的污染越來越嚴(yán)重，為了改善電網(wǎng)的運(yùn)行質(zhì)量人們采用了很多不同的方法，其中電力有源濾波器是效果比較理想的裝置。本文闡述了電力有源濾波器的自適應(yīng)檢測法電流檢測及控制方法的原理，并作了仿真。關(guān)鍵詞：有源濾波器；自適應(yīng)檢測；仿真基波有功、無功電流平均值。然后，此平均值再分別與。（）和（）相乘，就得到了瞬時(shí)基波有功、無功電流，、。而，（）。他們反饋后與，（）相減，于是輸出。（）就只剩

2、下（）了。引言隨著電力電子器件及其它非線性元件的廣泛應(yīng)用，使電網(wǎng)的污染越來越嚴(yán)重，為了改善電網(wǎng)質(zhì)量人們采用了很多不同的方法，而現(xiàn)階段電力有源濾波器是效果比較理想的裝置，它不僅能消除諧波，還可作為無功補(bǔ)償裝置?！举?。嗍烈是一個(gè)用來對動態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的軟件包，它支持連續(xù)、離散或者兩者混合的線性和非線性系統(tǒng)，也支持具有電啊多種采樣速度的多速度系統(tǒng)。本文基于乙蛆仿真系統(tǒng)對實(shí)際電路所等效的模擬電路進(jìn)行了仿真，其中著重對其檢測電路區(qū)蟄；坍圖有源濾波器基本原理圖。一一一一一萄匾圃負(fù)的仿真結(jié)果做成了比較全面的分析，以確定本文所應(yīng)用的電力有源濾波器的設(shè)計(jì)在實(shí)際中的可行性、效用性和合理性。電流檢測電

3、路采用的方法及仿真效果諧波的檢測是電力有源濾波器的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它對檢測的實(shí)時(shí)性要求很高，本文采用的是一種自適應(yīng)電網(wǎng)諧波檢測的方法。如圖所示，（）為電網(wǎng)電壓信號，該信號經(jīng)中心頻率為的帶通濾波器濾除諧波電壓后獲得基波電壓信號，基波信號再經(jīng)。相移后得信號（）和（）。（）和如（）為與電網(wǎng)電壓同步的信號，。（）為電源側(cè)電流，（）、。（）分別為電源側(cè)基波電流和諧波電流。若輸出。（）（）（），此時(shí)，（）、（）與。（）相乘，其結(jié)果是只有。（）中的基波有功分量和無功分量分別與（）和（）相乘后才能得到的直流信號，而其它信號相乘后只能得到交流信號。這樣一來，直流信號經(jīng)周期平均化得到圖電網(wǎng)諧波自適應(yīng)檢測原理圖關(guān)于此電路

4、，令。（），（）（）。且平均化所用積分器增益為。可求得自適應(yīng)諧波檢測電路的傳遞函數(shù)為：（）蘭：絲以由上式可知：）當(dāng)時(shí)，叫，即系統(tǒng)對工頻有無限大的衰減。并且即是工頻發(fā)生偏移，系統(tǒng)中心頻率也隨之變化，自動適應(yīng)。）當(dāng)或時(shí)，（近似為，周永旺等基于的電力有源濾波器的仿真研究這保證了諧波信號的順利過關(guān)。）當(dāng)電網(wǎng)電壓畸變時(shí)，產(chǎn)生相移的兩個(gè)正交參考信號（）的干擾會被抵消，系統(tǒng)仍只輸出諧波。可見，這是個(gè)理想的自適應(yīng)諧波檢測系統(tǒng)。相移在實(shí)際與仿真系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)相移在仿真系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)只需在仿真軟件自帶的編程系統(tǒng)里面按要求使用符合該軟件的語言編寫相應(yīng)的程序即可。在心仿真系統(tǒng)里面實(shí)現(xiàn)相移的程序如下：，嘲（，），。：（，）

5、：，。：口：（。（）】）：，：。：。：（）：】：【】：（，）（）：把該程序構(gòu)建成為系統(tǒng)可用的應(yīng)用模塊，命名為，在檢測電路中使用，以實(shí)現(xiàn)相移的功能。電流檢測電路在里面的仿真電路及其檢測波形在里面的單相仿真如圖所示，在該圖中，由。輸出的就是諧波電流，如圖所示為時(shí)的情況，圖為輸入波形是的方波，圖為與其對應(yīng)的諧波；由輸出的是基波有功電流分量，圖為方波的有功基波；由輸出的是基波無功電流分量，圖為方波的無功基波。圖電流檢測的仿真電路圖的方波圖方波的有功圖方波的無功如圖所示為時(shí)的情況，其中圖為輸入波形是的方波，圖為與其對應(yīng)的諧波；圖為方波的有功基波，圖為方波的無功基波。萬為五，圖方波圖方波的諧波圖方波有功圖

6、方波無功在系統(tǒng)中的仿真及其效果如圖所示為實(shí)現(xiàn)三相電力有源濾波器在電武漢（南方九?。╇姽だ碚搶W(xué)會第十七屆年會論文集網(wǎng)中的諧波及無功補(bǔ)償?shù)臋z測仿真電路原理圖。圖是在系統(tǒng)中模擬電網(wǎng)三相實(shí)際電路圖。此電路主要有四大部分構(gòu)成，分別是電源、諧波檢測、逆變控制和負(fù)載。電源就是取在系統(tǒng)里面現(xiàn)有的、的正弦電源發(fā)生器；檢測電路就是把所研究的諧波檢測部分做成一個(gè)構(gòu)建應(yīng)用到整體電路里面；逆變控制就是把控制逆變部分做成一個(gè)構(gòu)建應(yīng)用到整體電路：而負(fù)載我們所需的是能產(chǎn)生諧波的電路取模擬實(shí)際電路中的諧波發(fā)生源，在這里采用了三相半波整流電路來模擬負(fù)荷的要求。圖三相檢測的仿真電路圖三相電網(wǎng)電路的仿真電路中還需要一些的輔助元器件，

7、例如變壓器、電流電源檢測器件、電容、電阻和電抗等都按實(shí)際電路在中的模擬要求進(jìn)行了連接。在沒有接入電力有源濾波器之前的中的電壓及電路情況的波形如圖所示：此時(shí)的電網(wǎng)電壓是的正弦波，由于電網(wǎng)的負(fù)載是諧波發(fā)生源，因此電網(wǎng)電流中已經(jīng)包含了高次的諧波，使電網(wǎng)的電流波形不再是規(guī)范的正弦波。為了消除電網(wǎng)中的諧波電流和無功補(bǔ)償?shù)哪康模覀兘尤肓穗娏τ性礊V波器，如圖所示。當(dāng)我們把電力有源濾波器接入模擬電路之后，逆變器輸出的補(bǔ)償電流起到了補(bǔ)償?shù)淖饔茫娋W(wǎng)電流和補(bǔ)償電流疊加之后我們檢測到的電網(wǎng)電壓及電流如圖所示：，圖補(bǔ)償前的電網(wǎng)電流圖補(bǔ)償后的電網(wǎng)電流結(jié)論本文在仿真系統(tǒng)里對實(shí)際的電網(wǎng)電路及電力有源濾波器電路進(jìn)行了等效的

8、模擬及仿真，綜合上圖的補(bǔ)償后的電流波形，可以看到此時(shí)的波形基本上是符合要求的正弦波，可以證明已經(jīng)消除了電網(wǎng)上的諧波，滿足了消除諧波和無功補(bǔ)償?shù)囊蟆⒖嘉墨I(xiàn)王兆安，楊君，劉進(jìn)軍著諧波抑制和無功功率補(bǔ)償，機(jī)械工業(yè)出版社年版【趙賀著電力電子學(xué)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用一靈活交流輸電系統(tǒng)年版薛定宇，陳陽泉著基于的系統(tǒng)仿周永旺等基于的電力有源濾波器的仿真研究真技術(shù)與應(yīng)用年版姚俊，馬松輝著（建模與仿真年版王兆安，王俊著電力電子技術(shù)年版王時(shí)勝，袁義生著并聯(lián)型電力有源濾波器的研制南昌大學(xué)學(xué)報(bào)（工科版）年月第卷第期蔣平，鄧俊雄，高亮著一種先進(jìn)的電網(wǎng)諧波檢測方法電力系統(tǒng)及其自動化學(xué)報(bào)年月第卷第期馬晉國，羅肺路，沈國際著一種可程控正交信號發(fā)生【】器的研制儀表技術(shù)年第期戴朝波、林海雪、雷霖緒