基于malab的電力有源諧波檢測與仿真

基于malab的電力有源諧波檢測與仿真

在當前的電氣系統(tǒng)和供電系統(tǒng)中，電源通過在50hz或60hz下設(shè)置固定的工業(yè)頻率（50hz或60hz）和規(guī)定的電壓水平來供電。我們正在測量能源的質(zhì)量。然而，在實踐中，電氣系統(tǒng)的供電質(zhì)量往往受到波形和電壓突變的影響。特別是近年來，隨著電子和電工技術(shù)的發(fā)展，非線性裝置的種類、數(shù)量和比例日益增加。它們產(chǎn)生的聲波對電氣系統(tǒng)的污染日益嚴重，嚴重影響了供電質(zhì)量，對電氣系統(tǒng)和設(shè)備造成了重大影響。波形問題已成為電子和能源技術(shù)發(fā)展和應用的限制。因此，電子和能源領(lǐng)域的研究人員需要對波形問題進行有效研究，抑制能源系統(tǒng)的波形，減少系統(tǒng)的損壞，提高供電質(zhì)量。在電氣系統(tǒng)環(huán)境中，無波形是綠色環(huán)境的主要標志之一。目前,諧波抑制的一個重要趨勢是采用有源電力濾波器(ActivePowerFilter—APF).它的基本原理是從補償對象中檢測出諧波電流,由補償裝置產(chǎn)生一個與該諧波電流大小相等而極性相反的補償電流,從而使電網(wǎng)電流只含基波分量.可見在這種電力有源濾波器中要能實現(xiàn)對頻率和幅值都變化的諧波進行跟蹤補償,且補償特性不受電網(wǎng)阻抗的影響,必須保證諧波的檢測過程能夠?qū)崟r準確實現(xiàn),因而諧波的檢測就顯得十分重要.1984年,日本學者赤木泰文提出的三相瞬時無功功率理論,突破了傳統(tǒng)的平均值為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)功率定義,系統(tǒng)定義了瞬時無功功率、瞬時有功功率等瞬時功率量,為電流諧波抑制和補償提供了理論基礎(chǔ).本文以并聯(lián)電力有源濾波器為例,原理圖如圖1所示.圖中,負載為諧波源,這里采用了電力系統(tǒng)中的一種典型的諧波源——三相橋式全控整流器,整流器的直流側(cè)為阻性負載,T1為整流變壓器.變壓器T2的設(shè)置主要是為調(diào)節(jié)(通常是降低)有源濾波器交流側(cè)電壓之用.本電路通過諧波檢測模塊即圖中指令電流運算部分檢測出諧波分量,然后通過電流跟蹤控制模塊產(chǎn)生PWM脈沖來觸發(fā)驅(qū)動主電路,產(chǎn)生與諧波源中諧波反相的電流以達到有源濾波的目的.1推行相關(guān)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換諧波檢測模塊建立于三相瞬時無功功率理論基礎(chǔ)之上,它所起的作用是通過指令運算電路將諧波源中的高次諧波檢測出來.諧波檢測有許多種思路,如直接通過高通濾波器,對諧波源上采集的信號進行高通濾波.但為了提高運算的精度,運用三相瞬時無功理論對諧波進行采集更為合適.這是因為瞬時無功功率運算的方法,可以有效地將各次諧波檢測出來,并能提高功率因數(shù).而且當系統(tǒng)阻抗、頻率發(fā)生變化時都不會影響補償效果.三相瞬時無功理論亦稱做pq理論,是以瞬時實功率p和瞬時虛功率q的定義為基礎(chǔ).首先對電流進行park變換,將三相的旋轉(zhuǎn)電勢和電流轉(zhuǎn)換到靜止的dq0系統(tǒng)中.設(shè)三相電路各相瞬時電壓和電流分別為ea,eb,ec和ia,ib,ic,分別將它們變換到兩相正交的α-β坐標上,兩項瞬時電壓為eα,eβ,電流為iα,iβ,即[eαeβ]=√23[1-12-120√32√32][eaebec]?C32[eaebec](1)[eαeβ]=23√[10?123√2?123√2]???eaebec????C32???eaebec???(1)[iαiβ]=√23[1-12-120√32√32][iaibic]?C32[iaibic](2)[iαiβ]=23√[10?123√2?123√2]???iaibic????C32???iaibic???(2)式中C32是三相到兩相的坐標變換陣.根據(jù)α-β理論,瞬時有功功率、瞬時無功功率定義為:p=eαiα+eβiβ,(3)q=eαiβ-eβiα.(4)將其改寫成矩陣形式:[pq]=[eαeβeβ-eα][iαiβ]=Cpq[iαiβ].(5)[pq]=[eαeβeβ?eα][iαiβ]=Cpq[iαiβ].(5)當三相為非正弦且不對稱時,瞬時實功率p和瞬時虛功率q可以分解為以下基波分量ˉppˉ,ˉqqˉ和高次諧波分量?pp?,?qq?2種成分,則由(3)式可以得到:[iαiβ]=[eαeβeβ-eα]-1[p=ˉp+?pq=ˉq+?q]=[eαeβeβ-eα]-1([ˉpˉq]+[?p?q]),(6)[iαiβ]=[eαeβeβ?eα]?1[p=pˉ+p?q=qˉ+q?]=[eαeβeβ?eα]?1([pˉqˉ]+[p?q?]),(6)即:將其展開后得:上式中等式右面第一項為基波有功電流,第二項為基波無功電流,第三項為高次諧波有功電流,第四項為高次諧波無功電流.由上式可見,如果將第三四項表示得高次諧波作為補償對象,為:最后我們再將補償電流-icα,-icβPark反變換即可.2實驗用無核波檢測技術(shù)MATLAB是一種廣泛應用于科學計算、工程設(shè)計與仿真的通用數(shù)學工具軟件,其中的SIMULINK的電力系統(tǒng)模塊庫,可以方便的構(gòu)造各種類型的諧波源,可以利用DSP工具箱,和瞬時無功功率理論檢測諧波,保證了檢測結(jié)果的準確性,為諧波抑制提供了很好的仿真工具.本文的設(shè)計采用了Matlab下的simulink仿真模塊、simpowersystem工具箱以及DSP工具箱來建立該有源濾波器中的諧波檢測模塊.2.1諧波電流的測量根據(jù)(9)式,使用瞬時無功理論設(shè)計搭建的諧波檢測模塊框圖如圖2所示.為了檢驗模型搭建的正確性,假定輸入為特定的信號,即加入含有基波、三、五次諧波的電源信號,對運行其仿真模型得到的仿真結(jié)果分析,發(fā)現(xiàn)我們所搭建的模塊能夠較好地檢測出諧波電流.2.2諧波源模塊的構(gòu)建由于應用在電力系統(tǒng)中電力電子裝置種類繁多,如整流器、調(diào)壓器等等都給電力系統(tǒng)帶來諧波的困擾,即電網(wǎng)為這些電力電子裝置提供能量的同時,又成為污染電網(wǎng)的諧波源.為了說明上述仿真模型的正確性,又考慮電網(wǎng)中應用的諧波源以采用三相橋式全控整流電路居多,故此處構(gòu)建諧波源模塊時采用三相橋式全控整流電路作為電網(wǎng)的一個負載.所構(gòu)建的諧波源模塊如圖3所示.圖中各開關(guān)元件的觸發(fā)脈沖由信號發(fā)生器給出,控制角α可以在信號發(fā)生器參數(shù)設(shè)定中設(shè)置.運行該電路的仿真模型,可發(fā)現(xiàn)三相橋式全控整流電路交流側(cè)三相輸入電流發(fā)生了畸變.仿真結(jié)果真實反映了電路的實際工作狀況.3諧波檢測結(jié)果驗證通過測量模塊來實現(xiàn)電力系統(tǒng)與信號系統(tǒng)模塊之間的連接,將電網(wǎng)的電壓電流采集出來,分別送到諧波檢測模塊中,然后通過檢測模塊將電網(wǎng)中的諧波檢測出來,從而為接下來的逆變電路提供觸發(fā)脈沖.需要指出的一點是:在這里為了驗證我們通過諧波檢測模塊所采集的諧波是否正確,特意假設(shè)了一個巴特沃斯高通濾波器,直接從系統(tǒng)里濾除基波分量與我們的檢測結(jié)果相比較,從而來判斷我們仿真的正確性.接下來運行Matlab,結(jié)果如圖4所示,經(jīng)過分析可以發(fā)現(xiàn)從濾波器濾除基波后的波形與我們檢測模塊檢測出來的波形是一致的,說明結(jié)果正確.4matlab諧波源模型的仿真效果以及在現(xiàn)代社會本文通過理論分析以及公式推導,構(gòu)建了Park變換以及Park反變換模塊;并且運用瞬時無功理論調(diào)用Park模塊成功搭建了諧波檢測模塊.以三相全控整流橋為例構(gòu)建matlab諧波源模型,運行成功并得到電路