三相四线制并联型有源电力滤波器及其仿真
并联有源电力滤波器的仿真研究
并联有源电力滤波器的仿真研究摘要：分析了三相并联型有源电力滤波器的系统结构和工作原理,介绍了改进的指令电流计算方法和主电路的控制策略,在传统方法的基础上增加了直流侧电压稳态控制环节，并由此建立了有源电力滤波器的仿真模型,并在MatLAB /Simulink平台上对该模型进行了仿真。
仿真结果表明谐波计算方法正确,主电路控制策略合理,所设计的有源电力滤波器能够有效地抑制谐波电流,显著提高了电能质量。
关键词：有源电力滤波器谐波谐波电流补偿1、引言随着电力电子技术的快速发展【1】,大量的非线性负载应用于工业生产和民用产品中,与传统的电弧炉、变压器和电焊机等设备一起构成电力系统中最主要的谐波源,使得电力系统的谐波污染日益严重;另一方面,精密仪器、自动控制以及测量仪表等设备则要求在电能质量良好的状况下运行。
因此,对电网谐波污染的治理势在必行。
采用有源电力滤波器(APF)抑制电网谐波,克服了LC无源滤波器易受电网阻抗影响、易与电网系统发生谐振等缺点,被认为是解决电力系统谐波、无功和三相不平衡等问题最有前途的方法之一。
但是有源电力滤波器涉及到的元器件较多而且参数不易确定,控制算法复杂,其主电路和控制电路包含开关器件,理论分析比较困难。
通过仿真研究能够验证相关算法;确定器件参数;了解各个环节的工作特性;指导系统的设计和实验的进行。
因此,对有源电力滤波器进行仿真研究具有非常重要的现实意义。
2.并联有源电力滤波器的工作原理有源电力滤波分为并联有源电力滤波【2】和串联有源电力滤波。
并联有源电力滤波主要对谐波电流和无功电流进行补偿，所以又可称作谐波电流发生器；串联型有源电力滤波主要对谐波电压进行补偿【3】，又可称为谐波电压补偿器。
本文主要介绍并联有源电力滤波器，其系统主要由两大部分组成，即指令电流运算电路和补偿电流发生电路。
原理框图如下图1所示。
图1并联型有源电力滤波系统框图其中，AC为交流电源，非线性负载为谐波源，它产生谐波。
并联型有源电力滤波器系统建模与仿真
波 电流 的方 法 是：实时检 测 并计 算 出谐 波 电流 ，而
建造的模型仿真验证 了这一算法， 其中用三角波代替了恒频积分 中必须 的积分复位环节。 分析仿真的结果， 认
为这种算法 完全可 以采用Ｄ Ｐ Ｓ 控制 ， 取代传统文献所 采用 的模数混合控制 ， 从而有效提高控制器的抗干扰和 灵活性 。 该仿真为设计一个采 用该算法 进行Ｄ Ｐ 制且可靠 的Ｐ Ｐ 提供 了研 究平 台。 ｓ控 ＡＦ 关键 词： 有源 电力滤波器；单周控制；恒 频积分；空 间矢量 调制 中图分类号 ：Ｔ ７ ；Ｔ ７ ３． Ｍ ６ Ｎ １ ８ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ — １ ５ （０ ７ ０ — ０ ９ ０ ０ ７ ３ ７ 一 ２ ０ ） １０ １ — ６
ｆ ｔｒ Ｐ Ｆ 、 ｔ ａ ｅａ ｖ ｎａ ｅ ｆｌｓ ｏ ｕ ｉｇａ ｄ ｓ ｔｈ ｌｓ ， ｉ ｈ ｒｖ ｌ ｇ ｔ ｉ ｎ ｆ ｒ ｙ ａ ｃｒｓ ｏ ｓ ． ｈ ｄ ｌ ｉ ｅ （ ＡＰ ） Ｉ ｈ ｖ ｄ ａ ｔｇ ｓ ｓ ｍｐ ｔ ｎ ｗｉ ｓ ｈ ｇ ｅ ｏｔ ｅ ｕｉ ｔ ａ ｄｓ ｔ ｎ ｍｉ ｐ ｎ ｅ Ｂｙｔ ｅｍｏ ｅ ｌ ｏ ｅ ｃ ｎ ｃ ｏ ａ ｌｙ ｗｉ ｅ ｄ ｅ
摘 要： 系统采用基 于矢量运算 的恒频积分算法， 设计三相 三线 并联型有源 电力滤波器Ｐ Ｐ 。 Ａ Ｆ 它具有
算法简单 ， 计算代价 小，电压利用率高 ， 开关损耗４ ， 、 动态响应快等优 点。 通过 Ｍ ｔ ａ ／ ｉＰ ｗ ｒ ｙ ｔｍ ａ ｌｂ Ｓ ｍ ｏ ｅ Ｓ ｓ ｅ ｓ
并联型有源电力滤波器的仿真及软件设计的开题报告
并联型有源电力滤波器的仿真及软件设计的开题报告一、研究背景及意义随着电力质量的要求越来越高，功率电子设备引起的电磁干扰和谐波越来越重要。
为了解决这个问题，有源电力滤波器作为一种有效的方式受到了广泛关注。
有源电力滤波器是一种由电源端的电子开关器和控制电路、滤波元件、并联式逆变器等组成的滤波器，可有效地抑制谐波和其他短时波形干扰。
并联型有源电力滤波器由于其能够实时响应电网的负载需求，因此在工业运行中获得广泛应用。
在现代交流电力系统中，为了满足市场需求，需要开发具有高性能的电力滤波器。
因此，深入研究并联型有源电力滤波器是非常有意义的。
二、研究内容和方法本文将主要研究并联型有源电力滤波器的仿真及软件设计，研究内容包括以下几个方面：1. 建立并联型有源电力滤波器的模型，分析其工作原理、电路结构和参数设计。
2. 借助MATLAB/Simulink软件，建立并联型有源电力滤波器的仿真模型，分析其电路性能、控制策略和参数设置。
3. 借助C语言编程，进行并联型有源电力滤波器的控制器设计，实现滤波器的自适应控制功能。
4. 对仿真结果和实验结果进行对比分析，验证本文设计的并联型有源电力滤波器的控制算法的有效性和可靠性。
重点研究方法包括理论分析、电路仿真、软件和硬件调试等。
三、预期成果和意义通过本文的研究，将得到以下成果：1. 建立了并联型有源电力滤波器的电路模型，并分析了其工作原理和参数设计方法。
2. 借助MATLAB/Simulink软件，建立了并联型有源电力滤波器的仿真模型，验证了其电路性能和控制策略的正确性。
3. 借助C语言编写控制器程序，实现了并联型有源电力滤波器的自适应控制功能。
4. 经过仿真和实验对比验证，本文所提出的并联型有源电力滤波器的控制算法在其抑制谐波性能、稳定性、可靠性等方面有较好的表现。
本文研究的成果对提高工业电力品质，优化电力系统的运行和可靠性，促进工业现代化具有重要的意义。
三相四线制并联型电力有源滤波器的算法和参数仿真
第13卷 增刊12009年11月电 机 与 控 制 学 报EL EC TR IC MACH I N ES AND CON TROLVol 113Supp l .1Nov .2009三相四线制并联型电力有源滤波器的算法和参数仿真陈庆国, 赵春明(哈尔滨理工大学电气与电子工程学院,黑龙江哈尔滨150040)摘 要:针对三相四线制并联型电力有源滤波器的谐波电流检测问题,论证了基于瞬时无功理论的i p —i q 算法无需改进也可直接应用到三相四线制系统里,给出了推导过程。
阐明了基于该方法的滤波原理;给出了主控电路结构;分析了电力有源滤波器主要参数对其整体性能的影响,确定各参数值,并搭建了仿真模型;利用Matlab /SI M UL I N K 对该模型进行了软件仿真分析。
仿真结果表明:该有源滤波器对三相四线制系统中不平衡非线性负载产生的谐波具有良好的补偿特性,并且平衡三相负载。
关键词:有源滤波器;三相四线制;i p —i q 算法;谐波电流;补偿特性中图分类号:T M 930.1文献标志码:A文章编号:1007-449X (2009)增1-0020-05Simul ati on of algor ith m and parameters for shunt acti ve powerfilter i n three 2phase and four 2wi re syste mCHEN Q ing 2guo, ZHAO Chun 2m ing(College of Electrical &Electr onic Engineering,Harbin University of Science &Technol ogy,Harbin 150040,China )Abstract:I n order t o s olve the har monic current detecti on p r oble m of shunt active po wer filter (APF )in three 2phase and four 2wire syste m ,the i p 2i q algorithm based on the instantaneous reactive theory was de m 2onstrated .It could be directly app lied t o three 2phase and f our 2wire syste m without being i m p r oved,and the derivati on p r ocess was given .The p rinci p le of filtering and the main circuit of this syste m were intr o 2duced .A ls o,several key para meters which affect perf or mance of the APF were discussed,and para meter values were chosen .Then a si m ulating model was built,and s oft w are si m ulati on analysis for this model was carried out by means ofMatlab /SI M UL I N K .The si m ulati on results show that this active power filter has a good compensati on characteristic f or the har monic p r oduced by the unbalance nonlinear l oads and balances three 2phase l oads in three 2phase and f our 2wire syste m.Key words:active power filters;three 2phase and f our 2wire system;i p 2i q algorith m;har monic current;compensati on characteristic收稿日期:2009-05-11作者简介:陈庆国(1970—),男,博士,教授,博士生导师,研究方向为电力设备绝缘检测,高电压绝缘技术;赵春明(1982—),男,硕士研究生,研究方向为高电压绝缘技术、谐波抑制。
三相四线四桥臂并联型有源电力滤波器直流侧电容优化设计
通过直流侧电容的脉动电流的有效值低、 直流侧的纹波较低的 优点。此外， 不需要直流侧中点电压控制，因此，近年来获得
人们的重视。本文重点探讨四桥肴三相四线有源电力涟波器直 流侧电容值的优化设计问题。
凑法。事实上，直流侧电容上电压的脉动，将影响谐波补偿的 性能，因此， 需合理的选择有源电力睑波器直流侧电容值。本 文提出了一种基于电流分解的直流侧电容电压脉动的估算方 法， 对四桥有三相四线拓扑导出了相应的电压纹波估算的表达 式， 并得到了有源电力迪波器直流侧电容值的优化设计方法。 最后通过了仿真验证。对非线性负载为三个单相整流电路时的 谐波补偿问题，研究了直流侧电容的设计方法。
ｉ＝１ ｓ ６ 犷ｉ ｎ
（２ １）
式中 Ｗ 是任意常数，这里代表储存在直流侧电容上的初始能 ｏ 量。从上面的公式我们可以看到，根号内的第二或第三项随时
间的变化将导致直流侧电容电压的波动。
３ 基于电流分解的直流侧电容电压脉动的估算
假设三相电网电压平衡且无畸变。三相电压可表示为 ：
凡 凡 凡
灿 呱 ‘即
从原理上讲，对于三相平衡的羞波无功功率补偿情况，直
相四线结构如图２ 和四桥臂三相四线结构如图３ 。由于四桥臂
三相四线结构具有直流侧 电压低、主功率器件的电压应力小、
流侧并不需储能元件［ 然而在补偿电流谐波和不平衡的无功 Ｕ ７ 悄况， 需在直流侧加适当容Ｉ的电容器以存储瞬态功率。并联 ｔ
有源电力滤波器直流侧电容容ｔ的选择，通常采用仿真法或试
｛ ‘臂 上 合 ｉ ， ，， １ 桥 的 管 上＝ａ ６ ｃｎ
卜卜 卜 』
Ｋ 十１ 。
＝ 玉 ．
△一Ｃ ｓｎ） ， 二３Ｅｎ ｉ ＋“ ； ｍ ｛ ［ ，＋： Ｅ｝ ｎ ． （ ＋ｌ Ｉ ， 一０ １ ： ［＋ ，｝ ｎｓ二 Ｉｉ ） 〕 －ｎ ａ ＋ １（
三相四线并联有源电力滤波器的数字控制
三相四线并联有源电力滤波器的数字控制1 引言有源电力滤波器是一种动态抑制谐波和补偿无功的新型电力电子装置，补偿性能受系统频率变化、阻抗变化的影响小，是一种很有前途的谐波抑制装置[1, 2] 。
并联型有源电力滤波器的原理是向电网注入大小相等、方向相反的负载谐波以达到补偿目的，其相当于一个受控电流源。
对apf控制设计而言，高精度、实时性的谐波检测以及合理的电流控制方法，直接影响着补偿性能。
传统的模拟控制较复杂，特别是谐波检测需要多个乘法器，硬件成本高，且易受温漂影响，存在着精度低、、抗干扰差以及电路复杂等缺陷。
近年来，基于数字信号处理器、微控制器（mcu）和可编程逻辑器件（pld）等实现的数字化控制在实际系统中受到更多的欢迎[3, 4, 5]。
本文应用dsp芯片tms320f240为核心实现了并联型有源滤波器的谐波检测和控制，详细介绍了数字控制的硬/软件设计。
2 系统构成和工作原理应用于三相四线制系统的并联型有源电力滤波器的主电路结构如图1所示。
拓扑为三桥臂电压源变流器（vsi）+电容中点式，开关器件采用igbt。
系统采用滞环电流控制策略，即将dsp发出的电流指令与实际的补偿器电流作滞环比较，产生pwm开关信号以使补偿电流跟踪电流指令，从而达到动态补偿非线性负载谐波的目的。
图1 三相四线并联型apf主电路结构本文采用基于同步参考坐标系（synchronous reference frame, 简称srf）的谐波检测策略，原理如图2所示。
对三相负载电流进行采样后，先剔除其零序电流分量，再利用dq变换将其变换到与a相电网电压同步旋转的参考坐标系中。
在srf中，基波有功电流分量成为直流量，可利用低通滤波器滤出，即为；而其它高次电流分量则为交变量。
将直流侧电压控制的调节量和相加并经反变换后，得到负载电流中的三相基波电流有功分量。
再与三相负载电流相减，即为三相补偿电流指令图2 基于srf的谐波检测原理，其中包含非线性负载电流中的基波无功分量、谐波分量等。
并联型三相四线制有源电力滤波器的仿真
４０７ ） １ ０ ６
要： 并联 型有源 电 力滤波器 可较 好地 补偿 电流 源 产生 的谐波 ， 用 ＭＡＴ ＡＢ 中的电 力 系统仿 真 工具 箱对 其 利 Ｌ
进行 建模 与仿 真 。不 同于传统 的模 拟滞环 比较 器 ， 用基于 三维 空 间矢 量脉 宽调 制 （Ｄ Ｓ ＷＭ ） 采 ３ ＶＰ 法控 制 补偿 电
Ｋｅ ｒ ｓ：ｈ ｎ ｃ ｉｅｐ ｗｅ ｉ ｅ ； ａ ｍｏ ｉｓ ｓｍｕ ａｉｎ； － ｄｍｅ ｓｏ ａ ｐ ｃ ｅ ｔ ｒｍｏ ｕ ａ ｉｎ ｙ ｗｏ ｄ ｓ ｕ ｔａ ｔ ｏ ｒｆ ｔ ｒ ｈ ｒ ｎｃ ；ｉ ｌ ｔ ｖ ｌ ｏ ３ ｉ ｎ ｉｎ ｌ ａ ｅｖ ｃｏ ｄ ｌｔ ｓ ｏ
Ｃｈａ ｓ ｎｇ ｈａ， ０ ７ Ｃｈｉ ａ） ４１ ０ ６， ｎ
Ａ ｂ ｔ ａ ｔ Ｔｈ ｈ ｎ ｃｉｅｐ ｗｅ ｉ ｅ ａ ｅｕ ｅ ｏｃ ｍｐ ｎ ａｅｔ ｅｈ ｒ ｎ ｃ ｅ ｅ ａｅ ｙ ｃ ｒｅ ｔｓ ｕ ｃ ． ｓ ｒ ｃ ： ｅｓ ｕ ｔａ ｔｖ ｏ ｒｆ ｔｒｃ ｎｂ ｓ ｄｔ ｏ ｅ ｓ ｔ ｈ ａ ｍｏ ｉｓｇ ｎ ｒ ｔｄ ｂ ｕ ｒ ｎ ｏ ｒ ｅ ｌ
（ ｐ ｒｍ ｅ ｔｏ ｅ ｔ ｉａ ｏ ｒＥｎ ｉ ｅ ｒｎ Ｄｅ ａ ｔ ｎ ｆＥｌｃ ｒｃ ｌＰ ｗｅ ｇｎ ｅ ｉｇ，Ｃｈ ｎ ｓ ａＵ ｎ ｖ ｒ ｉｙ ｏ ｃｅ ｃ ｎ ｃ ｎ ｌ ｇ ａ ｇ ｈ ｉｅ ｓｔ ｆＳ ｉｎ ｅ ａ ｄ Ｔｅ ｈ ｏ ｏ ｙ，
１ 引言
随着 电力 电子 技 术 的飞 速 发展 ， 种 电力 电子 装 各
力 系统模 块 等 ， 三相 四 线 制有 源 电力 滤 波 系统 进 行 对 了建模 与仿 真 分析 。该 有源 电力滤 波 系统 由三 相 电压
并联型三相四线制电力有源滤波器研究论文
24.唐中琦.谢运祥有源滤波器补偿电流的检测与控制 1998(04)
25.李圣清.罗飞.张昌凡基于ip及iq运算方式的改进型谐波电流检测方法[期刊论文]-电气传动 2003(2)
11.王兆安.李民.卓放三相电路瞬时无功功率理论的研究 1992(03)
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13.Woo-Cheol Lee.Taeck-Kie Lee.Dong-Seok Hyun A three-phase parallel active power filter operating with PCC voltage compensation with consideration for an unbalanced load 2002(05)
Lowpass Filter2处断开即可。
图6.3两相坐标转三相坐标模型
图6.2和图6.3分别为三相转两相和两相转三相的模型,第一次坐标变换得到d一口坐标下瞬时有功、无功电流;第二次坐标变换得到三相坐标下的基波电流(不补偿无功时为基波电流和无功电流的总和)。
补偿无功时补偿前电流
图6.18APF带三相不对称负载低通滤波器截止频率50Hz
补偿无功时补偿后电压
图6.19APF带三相不对称负载低通滤波器截止频率50Hz
补偿无功时补偿后电流
图6.20APF带三相不对称负载低通滤波器截止频率50Hz
三相四线制并联型电力有源滤波器的算法和参数仿真
ｄ ｃｄ ｕ ｅ ．Ａｌｏ ｅ ｅ ａ ｅ ａ ａ ｔｒ ｈ ｃ ｆ ｃ ｅ ｆｒ ａ ｃ ｆ ｈ Ｆ ｗ ｒ ｉｃ ｓ ｅ ｓ ，ｓ ｖ ｒｌｋ ｙｐ ｒ ｍｅｅ ｓｗ ｉｈ ａｆ ｔ ｒ ｍ ｎ ｅ ｏ ｅ ＡＰ ｅ ｅ ｄ ｓ ｕ ｓ ｄ，ａ ｄ ｐ ｒ ｍｅｅ ｅ ｐ ｏ ｔ ｎ ａａ ｔｒ
的算 法 和 参数 仿 真
陈庆 国 ， 赵 春 明
（ 哈尔滨理 工大学 电气与电子工程学院 ， 黑龙江 哈尔滨 １０４ ） ５ ０ ０
摘
要 ：针对 三相 四 线制并 联型 电力有 源滤 波 器 的谐 波 电流检 测 问题 ， 论证 了基 于 瞬 时无 功理 论
的 一 算 法无 需 改进 也 可 直接 应 用到 三相 四线制 系统 里 ， 出 了推 导 过程 。 阐明 了基 于该 方 法 。 给
Ａｂｔａ ｔＩ ｒｅ ｏ ｅｔｅｈ ｒ ｎｃｃ ｒ ｎ ｅ ｃ ｏ ｒｂｅ ｆ ｈ ｎ ｃ ｖ ｏ ｅ ｌ ｒ Ａ Ｆ ｎ ｓｒｃ ： ｏｄ ｒ ｏｓｌ ａ ｎ ｔ ｖ ｈ ｍｏ ｉ ｕｒ ｔ ｔ ｔ ｎｐｏ ｌ ｏ ｕ ｔ ｔ ｅｐ ｗ ｒ ｔ （ Ｐ ）ｉ ｅ ｄｅｉ ｍ ｓ ａｉ ｉ ｆｅ
Ｓ ｍ ｕ ａ ｉ ｎ ｏ ｌ ｏ ｉｈ ｎ ａ ａ ｅ ｅ ｓ ｆ ｒ ｓ ｕｎ ｃ ｉ ｅ ｐ ｗｅ ｉ ｌ ｔｏ ｆａ ｇ ｒ ｔ ｍ ａ ｄ ｐ ｒ ｍ ｔ ｒ ｏ ｈ ｔａ ｔｖ ｏ ｒ
三相四线制有源电力滤波器的设计与仿真
２０ ０ ８年 １ 月 ２ １ ５日第 ２ 卷 第 ６期 ５
Ｔｅｅ ｏ Ｐｏ ｒ Ｔｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｌｃ ｍ ｗｅ ｃ ｎ ｌｇ Ｎｏ ． ５，２ ０ ｖ２ ０ ８，Ｖｏ ．２ ．６ １ ５ Ｎｏ
文章 编号 ：０ ９３ ６ （ ０ ８ ０ 一０ ６０ １ ０ —６ ４ ２ ０ ） ６（ １ —４ ）
ｎ ｏ ｓ ｅ ｃｉ ｏ ｅ ｈ ｏ ｙ ｅ ｕ ａ ｔ ｅｐ ｗ ｒ ｅ ｒ．Ｔｈｓ ｔ ｏ ａ ｅ ｖ ｅ ｅｏｓ ｑ ｅ ｃ ｕ ｒｎ ．Ｆ ｎ ｌ ，ｂ ｓ ｄｏ ｔ ｂ Ｓｍｕｉｋ ｓ — ｒ ｖ ｔ ｉ ｍｅｈ ｄｃ ｎ ｒｍｏ ｅ ｈ ｒ ｅ ｕ ｎ ｅｃ ｒｅ ｔ ｉａｌ ａ ｅ ｎ Ｍａｌ ／ ｉ ｌ ｉ ｔ ｚ ｙ ａ ｎ ｍｕ
Ｄｅ ｉｎ ａ ｄ Ｓ ｍｕａ ｉｎ ｏ ｔ ｅＰ ｗｅ ｌ ｒｉ ｒ ｅＰ ａ ｅＦｏ ｒＷ ｉｅＳ ｓｅ ｓｇ ｎ ｉ ｌｔ ｆＡｃ ｉ ｏ ｒＦｉ ｅ Ｔｈ ｅ — ｈ ｓ ｕ － ｒ ｙ ｔｍ ｏ ｖ ｔ ｎ
ＺＨＥＮ
（ ｃ ｏ ｌ ｆＥｌｃ ｒｃ ｌＥ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ Ｓ ｈ ｏ ｅ ｔｉａ ｎ ｉ ｅ ｒｎ ，Ｎｏ ｔ ｉａ Ｅｌ ｃ ｒ ｏ ｒＵｎ ｖ ｒ ｉ ｏ ｒｈ Ｃｈ ｎ ｅ ｔ ｉ Ｐ ｗｅ ｉ ｅ ｓｔ ｃ ｙ，Ｂ ｏ ｉ ｇ ０ ０ ａ ｄ ｎ ７ ３，Ｃｈ ｎ ） １ ０ ｉａ Ａｂ ｔａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ａｃ ｉｅ ｐ ｗｅ ｉ ｅ ｈ ｅ －ｐ ａ ｅｆ ｕ －ｗｉ ｙ ｔ ｍ ａ ｆｅ ｔ ｅｙ ｉ ｒ ｖ ｈ ｉ ｅ ｅ ｆ ｒ ｎ ｅ ａ ｄ ｒ ａｉｅ ｔ ｏ ｒｆｌ ｒｉ ｔ ｒ ｅ ｈ ｓ ｏ ｒ ｖ ｔ ｎ ｒ ｓ ｓ ｅ ｃ ｎ ｅ ｆ ｃ ｖ ｌ ｅ ｍｐ ｏ ｅｔ ｅ ｆ ｔ ｒｐ ｒｏ ｍａ ｃ ｎ ｅ ｌ ｌ ｚ ｈ ｒ ｎ ｃ ｅ ｔａｎ ｎ ｅ ｃ ｉ ｅｐ ｗｅ ｏ ｅ ｓ ｔ ｎ ｉ ａ ｇ ｏ ｒｓｔ ａ ｉｎ ａ ｍｏ ｉｓｒ ｓｒ ｉ ｔａ ｄ ｒ ａ ｔ ｏ ｒｃ ｍｐ ｎ ａ ｉ ｌ ｒ ｅｐ ｗｅ ｉ ｔ ．Ａ ｅ ｉｎ ｍｅ ｈ ｄ ｏ ｉ ｉｃ ｉ ｉ ｒ ｓ ｎ ｅ ｖ ｏ ｎ ｕ ｏ ｄ ｓｇ ｔ ｏ ｆｍａｎ ｃｒ ｕ ｔ ｓｐ ｅ ｅ ｔ ｄ ｂ ｔ ｄ ｉ ｇ ｔ ｅ ｓ ｈ ｍｅ ｏ ｉ ｉ ｕ ｔ Ｉ ｉ ｃｕ ｅ ｅ ｉ ｎ ｏ ｒ ｇ ｒｃｒ ｕ ｔ ＰＭ ｒ ｉｇ ｃｒ ｕ ｔａ ｄ ｌ ｃ ｉ ｇ ｓｇ ａ ｉｃ ｉ ｙ ｓｕ ｙｎ ｈ ｃ ｅ ｆｍａｎ ｃｒ ｉ ｔ ｎ ｌｄ ｓ ｄ ｓｇ ｆｔｉ ｅ ｉ ｉ，Ｉ ｃ ． ｇ ｃ ｄ ｉ ｎ ｉ ｉ ｎ ｋｎ ｉｎ ｌ ｒｕｔ ｖ ｃ ｏ ｃ ． Ａ ｅ ｍｅ ｈ ｄ ｏ ｈ ｅ ｐ ａ ｅｆ ｕ － ｒ ａ ｍｏ ｉｓｄ ｔ ｃ ｉｎ ｉ ｉｅ ｎ ｗ ｔ ｏ ｆｔ ｒ ｅ ｈ ｓ ｏ ｒ ｗｉｅ ｈ ｒ ｎ ｃ ｅ ｅ ｔ ｓｇ ｖ ｎ，ｂ ｓ ｄ ｏ － ｅ ｈ ｄ ａ ｄ ｉ－ ｑｍｅ ｈ ｄ ｏ ｈ ｓ ａ ｔ — － ｏ ａ ｅ ｎ ｐ ｑ ｍ ｔ ｏ ｎ ｐ ｉ ｔ ｏ ｆｔ ｅｉ ｔ ｎ ａ ｎ
三相四线制并联型有源电力滤波器及其仿真
补偿 电流 ，从而 消除电网中的基波负序 、零 序和谐 波 电流。由于含有 中线 ，在补偿 过程 中 ，Ａ Ｆ产生 的每 Ｐ 相补偿 电路 既包括谐 波电流成分 ，也包括零线电流 成 分。每 一相 的 电流都会 流过直 流侧 电容 Ｃ 和 Ｃ ， 。
有 源 电力滤 波 器 （ Ｐ ）是 谐 波 治理 的有 效 手 ＡＦ 段 。目前关于其理论的研究 比较成熟 ，国 内在实际 中
Ａ Ｆ首先检测被补偿对象 的负载 电流，由指令 电 Ｐ 流运算 电路计算 出其 中的基 波负序 、零序和谐 波电流 成分 ，产生谐波补偿指令 电流 。电流 跟踪控 制电路 控 制 主电路 产生与 上述谐 波电流极性 相反 、大小相等的
也有不少应用 ，但大多集 中在三相三线制… 。但在我
国工厂用 电、民用住宅和城市供 电中三相 四线制系统
广为应用 ，由谐波和零序 电流引起的事故越来越引起 人们 的关 注 ，由于 三相 三线制 Ａ Ｆ不能 滤除 系统 的 Ｐ 零序 电流 ，用 三相 四线制 Ａ Ｆ对三 相 四线制 系统 中 Ｐ
张健 ，徐旭 ，车延博
（ 津 大学 电气与 自动化 工程 学 院 ，天津 ３０７ ） 天 ００ ２
摘要 ：对于不对称三相 四线制 电网系统 中谐 波畸变，可以采用 三相 四线 制有 源电力滤波 器动态地 抑制谐波 和进行 无功 补偿 。本文从理论上分析 了三相 四线制并联 型有 源电力 滤波器的工作原理 、主电路结 构 、数学模 型及补偿控 制方法 ，并运
用 ＭＡ Ｌ Ｂ仿真 软件对其 进行 了仿 真。 ＴＡ 关键词 ：三相 四线制 ；有源 电力滤波器 ；谐波检测 ；仿真
中图分类号 ：Ｔ ７ ３＋． Ｎ１ ８ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１０ — ８ １ （０ ８ ０ １ ３ ８ ２ ０ ）２—１３— ６ ２
并联型有源电力滤波器建模与仿真分析
电压闪变 ， 产生负序 电流 ，严重 影响了电力 系统 的运行安全 。 必须采取合理有效的谐 波 抑制措施。并联型有源 电力滤波器作为一种
科技创新 ２ ０ １ ４年 ７月 （ 中）
并联型有源 电力滤波器建模与仿真分析
徐鹏 飞 邢仁周
（ 河南机电职业学院电子 工程 系，河南 郑 州 ４ ５ １ １ ９ １ ）
摘要 ：采用 Ｍａ ｔ ｌ ａ ｂ ／ Ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ｉ ｎ ｋ 仿真软件 ，利用其 自带模 块建立简易的仿真模型 ，选择合适的主 电路拓扑 ， 根据真 实情 况设 置仿 真条件 ，真实的反应有 源滤波器的
另外 ， 可 以对 比控制过程中检测 出的谐
的控制 ，较为简单明了 ，因此选用三线制 。 对 于并联型有 源 电力滤波 器来说 非线
性负载类似一个发 出谐波的电流源 ， 这种谐 波 源最常见的是整流器 。 仿真 中选择常见的 二极管不控整流器作为非线性负载谐波源 ， 整流器为三相桥式整流器 ，带 电阻负载 。 电力系统选择用户端的电压等级 ， ２ ２ ０ Ｖ 相 电压 ，也即 ３ ８ ０ Ｖ线电压。并联型有 源电 力滤波器通过电抗直接连接人系统 。
到接入的电感值为 ０ ． ８ ｍ Ｈ 。 在 电感确定后 ， 可以根据需要 的跟踪 电 流变化率计算 出电压的值 ， 根 据最恶劣 的条
４ 。仿 真结 果 与分析
运行仿真 ，时问设置为 ０ ． １ ｓ 。
补 偿 以后 的输入 系统 的波形 如图 １ ０ 所示 ， 可 以看到 ，电流输 出的波形近似为正
三相四线制并联型有源电力滤波器研究
did dt
-Lωiq+vnd
i
i
i
iiiiuq=Riq+L
i
diq dt
+Lωid+vnq
i
i
i i
iiiiu0=4(Ri0+L
i
di0 dt
)+vn0
（8）
***
APF的控制结构图如图4所示。图4中，vd、vq、vo由
式（8）可得：
i*
iiivd=-v′d+(Lωiq+ud)
i
ii *
iivq=-v′q+(-Lωid+uq)
∑
姨 ∑ ∑iຫໍສະໝຸດ =- ∑∑%∑
∑q
∑
∑
3 2
∞
［Ik+cos(kωt-ωt+θik+)+
k=1
∑
∑ ∑ ∑
Ik-cos(kωt-ωt+θik-)］
经过低通滤波器LPF，获得直流分量为：
（3）
姨 ∑
∑
%
i = ∑
∑ ∑
d
∑∑
3 2
I1+sinθi1+
∑
∑
姨 ∑
%
i =- ∑
∑ ∑∑
q
∑
3 2
I1+cosθi1+
i i
i*
iiiv0=-v′0+(u0)
（9）
式（9）中括号部分则构成前馈电压，完成电压解
***
***
耦。vd、vq、v0进行坐标反变换，得van、vbn、vcn作为主电路
交流侧电压参考输入值。
2 仿真结果
并联型有源电力滤波器的Simulink建模与仿真
１ 有 源 电 力滤 波 器 的基 本 原 理
有 源 电 力 滤 波 器 （ｃｉ ｏ ｒ ｉ ｅ ， 称 ＡＰ ） ａ ｔ ｅｐ ｗｅ ｌ ｒ 简 ｖ ｆｔ Ｆ
摘要： 采用 Ｍａｌｂ仿真软 件 中的 Ｓｍｕｉｋ 提 出 了并联 型 有源 电力 滤 波器 的一 种数 值建 模 与仿真 ｔ ａ ｉ ｌ ， ｎ 方法 ； 用该 方 法 能将 有源 电力滤 波器 的工 作 过 程及 有 关 波形 准 确 直观 地 显 示 出来． 真 结果 表 使 仿 明 ： 数选择 适 当时 ， 参 有源 电力 滤波器 的补偿 电流 能很 好 地 满足 补偿 要 求 ， 乎 可 以实 时跟 踪谐 波 几
Ａｂ ｔ ａ ｔ ＴｈｅＳｉ ｕｌｎｋ ａ ｐｒ ａ ｈ ａ ｕ ｈｅＡ ＰＦ ｓ ｐ ｅ ｅ ｅ ｓ ｒ ｃ ｍ ｉ ｐ ｏ ｃ ｂｏ ｔｔ ｉ ｒ ｓ ｎｔ ｄ，ａ ｄ ｏｎ ｉｃ ｔｏ ａ ａ ｌ ｌＡ ＰＦ ｂ ｕｔｎ ｎ ｅ ｃｒ ｕｉ ｆｐ ｒ ｌｅ ａ ｏ ｕｍ ｅ ｉａ ｒｃ ｌ ｖ ｌ ｏ ｌｎ ｓ ｉ ｒ ｄｕ ｅ ａ ｕｅ ｍ ｄｅｉ ｇ ｉ ｎｔ ｏ ｃ ｄ． Ｕ ｓ ｎ ｈ ｓ ｎ ｉ ｇ ｔ ｉ ｕｍ ｅ ｉａ ａ ｕ ｏ ｌｎ ｒｃ ｌｖ ｌ ｅ ｍ ｄｅ ｉ ｇ，ｔ ｅ ｐ ｏｃ ｓ ｅ ａ ｉ ｇ ａ ａ ｅ ｆ ｒ ｈ ｒ ｅ ｓ ｏｆｏｐ ｒ ｔｎ ｎｄ ｗ ｖ ｏ ｍ ａ ｅ ｄ ｓ ｌ ｙ ｄ ａ ｃ ｒ ｔ ｌ ｎｄ ｄ ｒ ｃ ｌ Ｔ ｈｅ Ｓｉ ｕｌ ｔ ｄ ｒ ｓ ｌｓ ｓ ｏｗ ｈａ ｒ ｌｅ ｉｃ ｔｏｆＡ ＰＦ Ｓ ａ ｖ ｉａ ｌ ｒ ｉ ｐ ａ ｅ ｃ ｕ ａ ｅ ｙ ａ ｉｅ ｔｙ． ｍ ａ ｅ ｅ ｕｔ ｈ ｔ ｔｐａ ａ ｌ ｌｃ ｒ ｕｉ ｉ ｎ ａ ａ ｌ ｂ ｅ
三相四线并联型有源电力滤波器的仿真及研究——毕业设计 精品
摘 要随着电力电子装置大量的应用到生产生活当中，它们使电能的转换应用变得更加容易，但同时也给电力系统带来了严重的谐波污染。
目前，并联有源电力滤波器(shunt active power filter ，SAPF)已成为无功和谐波动态补偿的有效手段之一。
在三相四线制电力系统中除了无功和谐波需要治理，负载不平衡问题也变得日益突出，因此，本文研究与设计适用于三相四线制下的SAPF 来解决这些问题。
针对三相四线制SAPF 谐波电流检测问题，本文详细的推导基于瞬时无功理论的q p i i -算法，论证它无需改进即可直接应用到三相四线制系统里；选择了滞环比较法作为补偿电流的控制策略；采用了三桥臂变流器作为SAPF 的主电路。
文章的最后，利用 MATLAB/Simulink 软件，搭建了仿真平台，对主电路出线电感参数和软启动方案进行单独仿真分析，证明电感值参数选择的合理和软启动方案可行。
对 SAPF 和所要补偿的系统进行了整体仿真，结果证明在所选参数下，能够对平衡和不平衡非线性负载所带来的谐波有很好的动态补偿效果，对不平衡负载有很好的平衡作用；进而也说明检测方法正确，控制策略得当。
关键词 谐波动态补偿；并联有源电力滤波器；三相四线制；q p i i -算法 MATLAB/SimulinkAbstractWith extensive application of power electronic devices in production and life,they make power energy conversion and application easily, but also lead to the serious harmonic pollution in the power system. At present, the shunt active power filter (SAPF) has been an effective way to dynamically compensate reactive power and harmonic. In addition to these problems, the load unbalance is more and more serious in three-phase four-wire system, therefore, SAPF applied to three-phase four-wire system is researched and designed to solve these problems in this paper.For the harmonic current detection of SAPF in three-phase four-wire system, the q p i i -algorithm based on the instantaneous reactive theory is detailedly derived, and this algorithm is demonstrated it could be directly applied to three-phase and four-wire system without being improved. Hysteresis-band comparison method is chosen as compensation current control strategy. The three-leg converter which has clear division is adopted as the main circuit.At the end of the paper, the simulation platform is built by use of MATLAB/Simulink software. The output inductance parameter and soft-start scheme are simulated respectively. The results prove that output inductance parameter is reasonable and the soft-start scheme is feasible. Then, the integrated simulation for SAPF and compensation system is carried out. Finally, simulation results show that SAPF has a good compensation characteristic for the harmonic produced by the balance and unbalance nonlinear loads, and balances three-phase loads in three-phase and four-wire system. At the same time, simulation results show that harmonic detection method is correct and the control strategy is proper.Keywords ：harmonic dynamic compension ； shunt active power filter ；three-phase four-wire system ；q p i i -algorithm ；MATLAB/Simulink第一章 绪论 (5)1.1 谐波概述及其危害 (5)1.2 谐波抑制强 (6)1.2.1 无源电力滤波器 (6)1.2.2有源电力滤波器 (6)1.2.3 混合型有源电力滤波器 (8)1.3 有源电力滤波器的发展和应用 (9)1.3.1 有源电力滤波器的发展 (9)1.3.2 有源电力滤波器的应用 (9)1.4 本文的研究的意义和内容设置及主要任务 (10)第二章 三相电路谐波及无功电流的检测 (11)2.1 基于瞬时无功功率理论的电流检测方法 (11)2.1.1 瞬时无功理论原始定义及发展 (11)2. 1. 2 瞬时无功功率理论 (11)2. 1. 3 坐标变换 (16)2.2 三相四线制系统中基于瞬时无功功率理论的检测方法 (17)2.2.1 q p - 法检测电流 (17)2．2．2 q d i i -指令运算方法 (17)2.3 谐波分量的处理 (18)2.3.1 对基波零序分量的处理 (18)2.3.2 对基波负序分量和高次谐波分量的处理 (19)2.4 q p -运算方式和q p i i -运算方式的优缺点 (19)第三章 并联型三相四线制补偿电流发生电路方案选择 (20)3.1 三相四线制系统APF 主电路形式和结构选择设计 (20)3.1.1 四相变流器结构形式 (21)3.1.2 三相变流器结构 (21)3. 2 三相四线并联型有源电力滤波器主电路的参数选择 (22)3. 2. 1主电路容量的确定 (22)3. 2. 2 系统开关频率 (22)3. 2. 3电容总电压的选择 (23)3. 2. 4 电容选择准则和参数选择 (24)3. 2. 5 交流进线电感选择准则和参数选择 (25)3.3 电流跟踪控制电路 (26)3.3.1 三角波比较方式 (26)3.3.2 三角波比较方式 (27)第四章仿真 (28)4.1三相四线制不平衡负载的谐波源设计 (28)4.2 谐波电流检测环节的设计 (30)4. 2. 1低通滤波器构成原理 (31)4.2.2 检测 (33)4.3 PWM信号发生模块的建立 (35)4.4 仿真模型的整体结构 (37)4.5 本章小结 (37)第六章结论及展望 (38)6.1本文的主要研究成果及完成的主要工作 (38)致谢 (39)参考文献 (40)第一章绪论从上世纪20至30年代，人们已经注意到了由静止汞弧变流器弓I起的电网电压和电流的畸变问题。
并联型有源电力滤波器部分仿真和分析
太原理工大学现代科技学院毕业设计（论文）第三章并联型有源电力滤波器部分仿真和分析有源电力滤波系统是一个复杂的非线性、强耦合控制系统，对它进行精确的理论分析是比较困难的，常常需要花费大量的时间和精力。
仿真可以验证系统结构、控制方法的正确性，加深对系统和控制方法的理解。
在已经详细介绍了APF 的工作原理，主电路结构，谐波检测方法，电流跟踪控制方法等后，在这章里将以三相四线制系统的三变流器主电路结构为例，利用MATLAB环境下Simulink中的模块搭建APF系统，对APF系统进行仿真和分析。
3.1 Simulink简介Simulink是MATLAB软件的一个附加组件，用来提供一个系统级的建模与动态仿真工作平台，它是用模块组合的方法来使得用户能够快速、准确地创建动态系统的计算机模型，对于复杂的非线性系统的效果更为明显。
Simulink模型模拟非线性的动态系统，提供图形动画的处理方法，方便用户观察整个仿真的过程。
Simulink没有独立的程序语言，它能够将S函数通过特殊的语法规则被Simulink 模型或者模块调用，具有更完备的处理能力，同时它也不是一个封闭的组件，允许用户根据自身需求定制自己的模块或者模块库。
Simulink还拥有非常完善的帮助系统，用户可以方便的找到对应模块的说明和例程，快速掌握模块使用方法。
Simulink中包括各种功能的模块，在仿真建立时，根据实际电路系统的需要采用相应的模块,在Simulink环境中建立仿真电路系统。
其仿真过程是交互式的，用户可以根据自己的需要随时更改模块参数，并即时察看仿真结果。
本文的仿真实验主要是使用Simulink中的电力系统模块中的电力电子模型对APF系统进行仿真。
3.2仿真模型搭建1。
三相四线并联型有源电力滤波器的结构与工作原理
三相四线并联型有源电力滤波器的结构与工作原理0 引言并联有源电力滤波器是一种用于动态抑制谐波和补偿无功的新型电力电子装置，近年来，有源电力滤波器的理论研究和应用均取得了较大的成功。
对其主电路（VSI）参数的设计也进行了许多探讨，但是，目前交流侧滤波电感还没有十分有效的设计方法，然而该电感对有源滤波器的补偿性能十分关键。
本文通过分析有源电力滤波器的交流侧滤波电感对电流补偿性能的影响，在满足一定效率的条件下，探讨了该电感的优化设计方法，仿真和实验初步表明该方法是有效的。
1 三相四线并联型有源电力滤波器的结构与工作原理图1为三相四线制并联型有源电力滤波器的结构。
主电路采用电容中点式的电压型逆变器。
电流跟踪控制方式采用滞环控制。
图1 三相四线制并联型有源滤波器的结构以图2的单相控制为例，分析滞环控制PWM调制方式实现电流跟踪的原理。
在该控制方式中，指令电流计算电路产生的指令信号ic＊与实际的补偿电流信号ic进行比较，两者的偏差作为滞环比较器的输入，通过滞环比较器产生控制主电路的PWM的信号，此信号再通过死区和驱动控制电路，用于驱动相应桥臂的上、下两只功率器件，从而实现电流ic的控制。
图2 滞环控制PWM调制方式实现电流跟踪的原理图以图3中A相半桥为例分析电路的工作过程。
开关器件S1和S4组成A相的半桥变换器，电容C1和C2为储能元件。
uc1和uc2为相应电容上的电压。
为了能使半桥变换器正常跟踪指令电流，应使其电压uc1和uc2大于输入电压的峰值。
（a）ica>0,dica/dt>0（b）ica>0,dica/dt<0（c）ica<0,dica/dt<0（d）ica<0,dica/dt>0图3 电压型逆变器A相工作过程图当电流ica>0时，若S1关断，S4导通，则电流流经S4使电容C2放电，如图3（a）所示，同时，由于uc2大于输入电压的峰值，故电流ica增大（dica/dt>0）。
三相四线制并联有源滤波器指令电流提取及仿真研究
三相四线制并联有源滤波器 指令 电流提取及仿真研究
朱代祥
( 合肥工业大学电气工程学院 合肥 230009 )
摘要 本文介绍了Park 变换在三相四线制并联有源电力滤波器中的应用。 从理论上对指令电 流的提取进行了 分析，并对其作了 仿真研究，验证了 其正确性。 关键词: Park 变换; 并联有源电力滤波器; 指令电流; 仿真
明了其可行性。
L e 艺几cosL 以 了)+低 i 二 。 n咬一 ]
l c i =艺几一 。 卜」 一时、、 。 〔 誓 叭当 。 ， 。
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1
和i 为 波 量; 当n= 3k 时(k = 1 2，L ) ，: 、: 和 l c 基 分 ，3， i 几 a
1 电 按 。年 ， 5{ 气 术2 。 第2期 。
流大小相等而方向相反的电流 ( 跟随指令电流) ， 抑
图1 指令电流计算框图
1. 负载为对称负载
设负载电流分别为:
2耳、
碗 艺1。 二 。 cos(n“ ) +低
制各种非线性、冲击性负载电流对电网的影响，这 对于各种谐波源都是适用的，此种技术的关键是指 令电流的获取。本文分析了三相四线制并联有源电 力滤波器的指令电流的提取并给出了仿真结果，说
厂
编-
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心 = 11 cos(研 + 仍) + 艺1。 : o ， cos(n“ )+ +低
三相四开关并联型有源电力滤波器关键参数计算及其实现
４０４ ５ ０ ４； ４０ １ ５ ０ ６；
４ ００ ） １ ０ ７
黄 传 金 （ ９４ ） １７ 一 ，
２ 郑 州祥 和 集 团 电气设备 有 限公 司 ， 南 郑 州 ． 河
要： 为减少 电力系统 中的谐波与无功功率 污染问题 ， 提高电能 的有 效利用率 ，
设计 了一种 经济性的三相 四开关并联 型有源 电力滤波器 。阐述 了三相 四开关并联型有
无功 、 补偿 负序 等 采 用 相 应 的 控 制 策 略 ， 出满 发 足补 偿 要 求 的 主 电 路 功 率 开 关 器 件 ＩＢ 的 触 ＧＴ 发 脉 冲 。信 号 调 理 单 元 由模 拟 、 字 电 子 电 路 数
构成 ， 成 电 压 和 电 流 信 号 的 放 大 、 波 、 离 完 滤 隔 等功能。
单元 只是 周期 性 地 吸收 和 释 放 能 量 ， 需 要 电源 不
提供 能 量 。当谐 波 和无 功 电流 得 到 补 偿 时 ， 电源 只 向负 载提供 有 功 电流 ， 即提 供负 载 消耗 的能 量 ，
而不 再 与负 载交换 能 量 。 为 了简化 分 析 ， 做 以下假 设 ： 特
５ — ３
一
低压 电器 （０ ２ ． ） ２ １ Ｎｏ３
・ 电能质 量 ・
１ 三 相 四 开 关 并 联 型 Ａ Ｆ 的 系 统 ２ 三相 四开 关 Ａ Ｆ主 电路 关 键 参 数 Ｐ Ｐ 构 成 设 计
三相 四开 关 并 联 型 Ａ Ｆ的 产 品 系 统 构 成 原 Ｐ 理 图如 图 １所 示 。 图 １中 ， ｉ 负 载 电流 ， 为 ｉ 为 Ａ Ｆ主 电路 器 件 的选 型和参 数 的确定 是 产 品 Ｐ
设 计过 程 中 的一 项关 键 工作 。结 合本 文 案例 中的 电压等 级 为 ３０Ｖ、 ８ 电流 为 ２０Ａ并 联 型 Ａ Ｆ， ０ Ｐ 对
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2112 3613 6211 7818 7718 5117 8110
通过各自的动作来产生各相的补偿电流 。 2 三相四线制 APF的检测控制 211 谐波电流的检测
该方法中 , 需要用到与 a 相电网电压 uα 同相位 ωt和对应的余弦信号 cos ωt, 可通过采 的正弦信号 sin 集 a 相电网电压获得 a 相电压的频率 ω, 从而实现正 余弦发生电路 。 212 补偿电流的控制 补偿电流的控制采用滞环比较法 。将检测输出电 3 流 ic 与给定电流 ic 相比较 , 偏差信号经过滞环比较 器 , 得到 PWM 驱动信号 。通过对滞环比较器的阀值 (设为 ± δ ) 进行限制 , 将误差信号 Δic 限制在 ± δ 内 。这种控制方法的主要特点 是硬件电路简单易实 现 、具有较好的动态性能 、控制精度高 。 3 MATLAB 仿真分析 用 SI MUL I N K库中的模块搭建三相四线制 APF 模 型的总体仿真框图如图 4 所示 , 其中非线性负载用三 相全控整流桥和一个单相二极管整流电路来构造。主 电路采用电压型逆变器 , 在 MATLAB 中选用理想开关 代替真实半导体器件。直流侧两个电容取值为 : C1 = C2 = 011F, 交流侧三相电感 LA = LB = LC = 01005H。
125 3167 250 4103 500 4172 1 000 2 000 4 000 6114 5144 5134
由表 1 中主轴箱噪声值减去表 4 中隔声罩的插入 损失值 , 再加上 A 计权曲线修正值 , 就得到经隔声 [ 10 ] 措施并经过计权的声级 , 再计算出它们的 A 声级 , 将以上分贝值列入表 5。
APF 首先检测被补偿对象的负载电流 , 由指令电 流运算电路计算出其中的基波负序 、零序和谐波电流 成分 , 产生谐波补偿指令电流 。电流跟踪控制电路控 制主电路产生与上述谐波电流极性相反 、大小相等的 补偿电流 , 从而消除电网中的基波负序 、零序和谐波 电流 。由于含有中线 , 在补偿过程中 , APF 产生的每 一相补偿电路既包括谐波电流成分 , 也包括零线电流 成分 。每一相的电流都会流过直流侧电容 C1 和 C2 , 然后再返回中线 , 并且该电流流向是双向的 。 忽略 IGBT和二极管的通态压降 , 将它们视为理 想双向开关 。图 2 为该三相四线制 APF 的等效电路 。
有源电力滤波器 ( APF ) 是谐波治理的有效手 段 。目前关于其理论的研究比较成熟 , 国内在实际中 [1] 也有不少应用 , 但大多集中在三相三线制 。但在我 国工厂用电 、民用住宅和城市供电中三相四线制系统 广为应用 , 由谐波和零序电流引起的事故越来越引起 人们的关注 , 由于三相三线制 APF 不能滤除系统的 零序电流 , 用三相四线制 APF 对三相四线制系统中 的谐波和三相不平衡的治理具有重要意义 。本文针对 三相四线制 , 提出有源滤波器谐波补偿方案并加以仿 真分析 , 验证了其合理性 。 1 三相四线制并联型 APF原理
( 4 ) 低通滤波得到直流分量 : ip = ip + iq , iq =
图 4 系统总体仿真结构图
iq + iq , 经过低通滤波得到 ip 和 iq 的直流分量 ip和 iq ,
它们分别对应于三相电流中基波正序电流的有功分量 和无功分量 。 ( 5 ) 经过 C 逆变换和 2 /3 坐标变换可得到三相 基电流正序分量 iaf 、 ibf和 icf 。 ( 6 ) 将原始三相电流减去基波正序分量即可得 3 到含基波负序 、谐波和零序电流的有害电流之和 iah 、 3 3 ibh和 ich , 从而得到补偿指令电流 。 其中用到的变换矩阵为 :
图 2 等效电路原理图 图 1 三相四线制 APF原理框图
如图 1 所示 , 三相四线制 APF 系统由指令电流 运算电路 、电流跟踪控制电路和主电路 3 个基本功能 模块组成 , 电源的中线和主电路直流侧中点连接 , 为 零线电流提供通道 。
设电网电压为 U a 、U b 、 U c , 有源电力滤波器的 输出电流为 ia 、 ib 、 ic 、 i0 , S a 、 S b 、 S c 分别表示 a、 b、 c 三相开关状态 , 其中 , 当向上闭合时 , S k = 1; 当向下闭合时 , S k = - 1。直流侧电容 C1 和 C2 电压 为 U d / 2, 有源滤波器交流侧面的电阻和电感分别为 R k 和 L k ( k = a, b, c) , 则系统的电路方程即 APF 的
பைடு நூலகம்164・
数学模型为 :
机床与液压
第 36 卷
d ia 1 ( 1) Ua + La + R a ia = S a × U dc dt 2 d ib 1 ( 2) Ub + Lb + R b ib = S b × U dc dt 2 d ic 1 ( 3) Uc + Lc + R c ic = S c × U dc dt 2 由此可以看出 , 主电路工作过程是各相的开关 S i
Three 2pha se Four 2w ire Shun t Active Power F ilter and Its S i m ula tion
ZHANG J ian, XU Xu, CHE Yanbo ( School of Electrical Engineering & Automation, Tianjin University, Tianjin 300072, China )
C 32 =
仿真中 , 谐波电流检测模型根据图 3 所示的原理 框图进行搭建。在构造电流控制模块时 , 驱动电路作 用是信号放大 , 在仿真中可以不考虑。图 5 所示的 Sim ulink 电流模块中 1 - 2、3 - 4、5 - 6 三对滞环比较器 分别控制 a、 b、 c 三相桥的上下两个桥臂的驱动信号。 每相的滞环比较器的滞环宽度取值不相等 , 即为桥臂上 下开关交替导通时的 “ 死区 ” , 防止换流时的直通现象。
【5 】马大猷 1 噪声与振动控制手册 [M ] 1 北京 : 机械工 业出版社 , 20021 【6 】赵松龄 1 噪声的降低与隔离 [M ] 1 上海 : 同济大学 出版社 , 19891 【7 】洪宗辉 1 环境噪声控制工程 [M ] 1 北京 : 高等教育 出版社 , 20021 【8 】赵庭良 , 等 1 泡沫铝的吸声特性 [ J ] 1 内燃机工程 , 1995 (2) 1 【9 】何德坪 , 余兴泉 1 通孔泡沫铝非线性阻尼性能的研究 [ J ] 1材料研究学报 , 1997 ( 2 ) : 101 - 1031 【10 】徐世勤 , 王樯 1工业噪声与振动控制 [M ] 1 北京 : 冶金工业出版社 , 19991
(上接第 164 页 )
加泡沫铝内衬板的主轴箱噪声值约为 81dB , 小 于 85dB , 在车床最高噪声频率 1 000Hz处 , 噪声值降 低了 6114dB , 有效降低了机床的噪声 。 3 结论
( 1 ) 在机床主轴箱体内加泡沫铝内衬板可有效降
低了机床噪声 。 ( 2 ) 本文仅研究了泡沫铝 /铸铁复合板结构本身的 阻尼性能 , 而实际上泡沫铝板和铸铁箱体界面间的接 触性也会对结构阻尼有极大的影响 , 当由于表面粗糙 度、孔隙中的介质等因素造成钢板与泡沫铝层之间的 接触不完全时 , 将会有摩擦阻尼的现象发生 , 使结构 阻尼进一步增大 , 还会进一步提高罩板的抗振能力与 隔声性能。因此泡沫铝隔声罩将有很大的发展前景。 本文研究结果为泡沫铝在机床降噪中的应用提供 了理论依据 , 对探索降低机床的噪声的新途径及拓展 泡沫铝的应用领域具有重要的理论意义。
收稿日期 : 2007 - 03 - 30 作者简介 : 张 健 , 男 , 1954 年 生 , 工 程 师 , 主 要 从 事 电 机 拖 动 、化 工 自 动 化 仪 表 方 向 的 工 程 与 研 究 。电 话 : ( 022 ) 27401479, E - mail: zyj@ tju1 edu1 cn。
频率 /Hz 传声系数
125 10
- 214
250 10
- 219
500 10
- 316
1 000 2 000 4 000 10
- 412
10
- 416
10
- 316
利用局部隔声罩插入损失表达式 ( 9 ) , 代入数据 S 0 、 S 1 、罩板各频段的传声系数以及泡沫铝吸声系数 值 , 计算隔声罩各倍频程中心频率下的插入损失 , 结 果见表 4。 表 4 隔声罩各倍频程中心频率下的插入损失 / dB 频率 /Hz 插入损失
2 3
-1
1 0
-
1 2 3 2
-
1 2
C =C
=
ωt sin ωt - cos
3 2 ωt - cos ωt - sin
( 4)
图 5 电流控制模块
( 5)
(下转第 43 页 )
第 2期
于英华 等 : 泡沫铝板在机床降噪中的应用研究 表 3 罩板各倍频程中心频率下的传声系数
・ 43 ・
[3 ]
图 3 谐波电流检测原理框图
三相四线制 APF 的谐波检测原理框图形如图 3 [2 ] 所示 。该方法是以三相三线制 APF 中的 ip 2iq 法 为 基础的 。将三相四线系统中的三相电流经过零序电流 分离 , 即得到不含有零序分量的电流值 , 再运用基于 瞬时功功率理论的 ip 2iq 电流检测法得到指令谐波电 流 。步骤如下 : ′ ( 1 ) 零序电流的分离 。 i0 = ( ia + ib + ic ) / 3, ia = ′ ′ ′ ′ ′ ia - i0 , ib = ib - i0 , ic = ic - i0 , 则 ia 、 ib 、 ic 只含有正序 和负序分量 。 ′ ′ ′ ( 2 ) 将经过零序电流分离后的电流 ia 、 ib 、 ic 经 过 3 /2坐标变换得到 α i 和 β i。 ( 3 ) 再经过 α 、β坐标变换得到瞬时有功电流 ip 和瞬时无功电流 iq 。