基于MATLAB的有源电力滤波器谐波电流检测研究
基于MATLAB的有源滤波器的设计与仿真
基于MATLAB的有源滤波器的设计与仿真对并联型有源电力滤波器的控制方法进行研究，应用MATLAB软件建立了仿真模型，利用SimPower工具箱谐波电流检测方法进行建模和仿真。
在simulink 环境下，对提出的定时比较控制方法和并联型APF抑制谐波效果进行了仿真实验。
标签：MATLAB；有源电力滤波器；仿真近年来，电力电子技术发展的越来越快，其发展的重大障碍是电力电子装置的谐波污染问题。
目前在主要采用被动型谐波抑制方案来抑制谐波，本文对并联型有源电力滤波器进行研究，应用MATLAB软件建立了仿真模型。
1 有源电力滤波器(APF)有源电力滤波器一般可分为：并联型APF、串联型APF和串并联混合型APF,其一般由检测回路，控制回路和主电路构成，理论上讲，有源滤波器可以对任意谐波电流进行补偿，并联有源滤波器其与系统相并联，可等效为一受控电流源，通过适当控制APF可产生与负载谐波大小相等、方向相反的谐波电流，从而将电源侧电流补偿为正弦波[1]。
2 并联有源滤波器2.1 谐波电流检测原理及仿真模型设立谐波电流检测利用ip、iq运算方式，该方法用一锁相环和一正、余弦发生电路得到与电源电压同相位的正弦信号sin wt和对应的余弦信号-cos wt，这两个信号与ia、ib、ic一起计算出有功分量电流ip和iq无功分量电流，经低通滤波器LPF滤波得出ip、iq的直流分量ip、iq对应于三相电流中的基波正序分量，再经过2/3 变换，得到三相电流基波正序分量[2]。
负载电流发生模块source，三项/两项变换模块C32，运算模块C，两项/三项变换模块C23以及低通滤波器构成了其主要的仿真模型[3]，其中各模块所需元件可在simulink模块库中找到，比如交流电源，电压、电流测量模块，RLC 串联电路，电感元件，三相桥式整流器。
图1 ip、iq运算方式检测谐波电流的整体仿真模型2.2 三项并联型有源电力滤波器仿真图2 三项并联型有源电力滤波器仿真2.3 仿真结果谐波检测电路采用基于瞬时无功功率理论的ip、iq检测法的工作原理，使用MATLAB中SIMULIINK仿真模块。
基于matlab谐波抑制的仿真研究(毕设)
如果将整流相数增加到12 相，则5 次谐波电流下降到基波电流的4.5%，7 次谐波电流下降到3%。
除了可对整流器本身进行改造外，当有多台相同的6 脉动换流器同时工作时，可以用取自同一电源的换流变压器二次绕组之间适当的移相，以达到提高整流脉动数的目的。
（2）采用交流滤波装置。
采用交流滤波装置在谐波源的附近就近吸收谐波电流，以降低连接点处的谐波电压。
滤波装置是由电阻、电感、电容等元件组成的串联谐振电路，利用其串联谐振时阻抗最小的特性，消除5、7、11 次等高次谐波。
在运行中滤波器除了能起到滤波作用外还能兼顾无功补偿的需要。
（3）抑制快速变化的谐波。
快速变化的谐波源（如电弧炉、电力机车、晶闸管供电的轧钢机和卷扬机等）除了产生谐波外，往往还会引起供电电压的波动和闪变，有的（如电气化铁道的机车，处于熔化期的电弧炉等）还会造成系统电压三相不平衡，严重影响公用电网的电能质量。
抑制快速变化谐波较全面的技术措施就是在谐波源处并联装设静止无功补偿装置，可有效减小波动谐波源的谐波量，同时，可以抑制电压波动、闪变、三相不平衡，还可补偿功率因数，目前技术上较成熟。
（4）避免并联电容器组对谐波的放大作用。
在电力系统，中并联电容器组可以改善无功，起改善功率因数和调节电压的作用。
当有谐波源时，在一定的参数下，电容器组会对谐波起放大作用，危及电容器本身和附近电气设备的安全。
因此可采取改变电容器的串联电抗器，或将电容器组的一些支路改为滤波器，还可以采取限定电容器组的投入容量，避免电容器对谐波的放大。
（5）LC无源滤波法。
LC无源滤波器是一种常用的谐波补偿装置。
它的基本工作原理是利用LC谐振回路的特点抑制向电网注入的谐波电流。
当谐振回路的谐振频率和其中一高次谐波电流频率相同时，则可将该次谐波电流滤除，使其不会进入电网。
多个不同谐振频率的谐振回路可溥除多个高次谐波电流，这种方法简单易行。
（6）采用有源电力滤波器APF（Active Power Filter）。
基于MATLAB的电力谐波分析
基于MATLAB的电力谐波分析电力谐波是电力系统中常见的问题，可以导致电力设备故障、能耗增加以及电压波形失真等不良效果。
因此，对电力谐波进行分析和处理具有重要意义。
MATLAB是一种功能强大的工具，可以用于电力谐波分析。
一、电力谐波的概念和原理电力谐波是指在电力系统中，超过基波频率的功率频率成分。
它们是由非线性负载引起的，如电弧炉、变频器等。
谐波会导致电压和电流波形变形，使得电压谐波、电流谐波和功率谐波产生，严重时会导致设备损坏。
电力谐波分析的主要原理是通过傅里叶级数展开，将非线性负载引起的电压和电流信号分解为基波和谐波成分。
然后，可以计算谐波分量的谐波电流、谐波电压、相角等信息。
根据这些信息，可以评估电力系统中谐波的程度，并采取适当的措施进行补偿和抑制。
二、MATLAB工具箱的使用MATLAB有多个工具箱可以用于电力谐波分析，包括基本的波形分析工具箱、信号处理工具箱和工具箱的傅里叶分析工具。
1.使用波形分析工具箱进行谐波分析在波形分析工具箱中，有多种函数可以用于谐波分析，如fft、ifft、spectrogram等。
通过调用这些函数，可以对电压和电流信号进行傅里叶变换，得到频率和幅值谱。
然后，可以从频谱中提取出谐波分量的频率、幅值等信息。
2.使用信号处理工具箱进行谐波分析信号处理工具箱提供了更多用于谐波分析的函数，如stft、wavelet 等。
通过调用这些函数，可以对电压和电流信号进行时频分析，得到谐波分量的时频特性。
此外，还可以通过滤波等方法对谐波信号进行补偿和抑制。
3.使用傅里叶分析工具进行谐波分析MATLAB的傅里叶分析工具提供了多种方法进行谐波分析，如离散傅里叶变换（DFT）、快速傅里叶变换（FFT）等。
通过调用这些函数，可以对电压和电流信号进行频域分析，得到谐波分量的频谱特性。
然后，可以计算谐波电流、谐波电压、相角等信息。
三、电力谐波分析的步骤进行电力谐波分析时，可以按照以下步骤进行：1.数据采集：使用合适的传感器采集电压和电流信号数据。
基于MATLAB谐波电流检测仿真研究
式中，φ＝φe －φi 。
以三相电路瞬时无功功率理论为基础，计算 ip、iq 为出发点， 即可得出三相电路谐波和无功电流检测的方法，即 ip、iq 运算方 式 。 ［2－3］ 该方法原理如图 2 所示，图中：
ω ω 姨 sinωt －cosωt
C＝ －cosωt －sinωt
，C32 ＝
2 3
ω1 ωω ω0
e＝eα ＋eβ ＝e∠φe
（3）
i＝iα ＋iβ ＝i∠φi
（4）
式中 e、i 为矢量 e、i 的模，ψe、ψi 分别为矢量 e、i 的幅角。
瞬时有功电流 ip 和瞬时无功电流 iq 如图 1 所示，分别为矢
量 i 在矢量 e 及其法线上的投影。 即：
ip ＝icosφ
（5）
iq ＝isinφ
（6）
时功率理论及其在电力调节中的 应 用 ［M］．徐 政 ，译．北 京 ：机 械 工 业 出 版 社 ，2009
［收 稿 日 期 ：2011．6．19 ］
图9 由上述仿真结果可见， 基于瞬时无功功率理论的谐波电流 检测方法能够较好地检测出系统中的谐波电流。 3 结束语
基于瞬时无功功 率 理 论 的 pq 法 自 提 出 以 来 ，在 谐 波 电 流 的检测中获得了广泛应用，但也有一些局限性。 要求系统三相对 称，当系统电压畸变时，按该方法算出的基波电流中包含谐波分 量，从而影响检测精度。 此外，该方法无法反映零序分量的大小， 因此不适合于三相四线制系统的谐波电流检测， 这需要更进一 步的改进和研究。
本文针对电力系统非线性设备给电网造成的谐波污染问 题，采用 ip－iq 运算方式，基于 MATLAB 软件建立仿真模型，对电 流信号检测分析， 结果表明本文采用的方法能够迅速准确地检 测出系统谐波电流，为谐波抑制和无功补偿提供了条件。
基于Matlab的电力谐波分析
法精度不高，特别是相位计算误差较大的问题。
关键词：谐波采样 加窗插值 快速傅里叶变换
中图分类号：TM714
文献标识码：Ａ
文章编号：1674- 098X(2012)10(a) - 00101- 01
采用快 速傅立叶变 换（F F T）进行电力系统谐 波 检 测 具 有正交、 完 备 等许多 优 点，在电能 质量 仿真分 析 取得了广 泛 的应 用，但 此 方 法 很难做到同步采样和整周期截断，会导致频率、幅值和相位等参数不 准，尤 其是 相 位 误 差很 大，无 法 对 谐 波 进行 准确 的 测 量。本 文引入了 加窗插值FF T 算法，此算法硬件设计实现简单，具有良好的时频局 部化特性,精度和实时性都均能满足谐波检测的实际要求。
科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald 101
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(3)
2 基于加窗插值的高精度FFT谐波分析
为了 减 小F F T 算 法 的 相 位 误 差，提 高计 算 精度，V. K . J a i n 等 提 出了一 种 插 值 算 法，可 以 有 效 地 对 结 果 进 行 修 正 。在 此 基 础 上， T.Gra ndke又利用海宁（Ha n ing）窗减 少泄漏，使得计 算 精度 进 一步 提高。 2.1 各种窗函数设计Biblioteka 设 余弦窗的表 达 式 为：
，n = 0 ，1，
2，…N－1 (4) 式中K为余弦窗的项数。为了满足插值计 算的需要，对系数 要
求为：
(5)
各种窗函数的定义如下：K= 0 时，为矩 形窗；K＝1， ＝0 . 5 4， ＝0.4 6，为哈明窗；，K＝1， ＝ ＝0. 5时为汉宁窗；K＝2， ＝ 0.42， ＝0.50， ＝0.08时，为布莱克曼窗。 2.2 加窗插值FFT算法
基于MATLAB的有源电力滤波器谐波检测
誓』 Ｊ 一
一
的电能质量问题。有源 电力滤波器是近年 来 发 展起 来的 一 种 抑 制 电 网谐 波 的 先进 手 段 。设计 中，高精度及实时性 的谐 波检 测
Ｃ ：； ｍ∞ 一。。。 ｉ Ｌ—ＣＯＳＯＯ／ 一ｓｍ（ｏｒ』
是 高 性 能 补 偿 的 关 键 。 本 文 利 用 流 行 的 ＭＡＴＬＡＢ软 件的 ＳＩＭＵＬＩＮＫ模块 对谐 波 检 测 系统 及 低 通 滤波 器对 检 测 效果 的影 响
滤 波 后 得 出 直 流 分 量 ｉ，和 ｊｇ，将 ，和 ｇ反
变 换 可得 到 负载 电流 的基 波 正序 分 量 。 用负载电流减去其基波分量就可得到 负载 电流 中的谐 波分 量 ，该谐 波分 量反极 性 后 即作 为补偿 电流的指令 电流信 号 。即 【
ｒ
１
Ｉ ｏ
ｌ ｝ ； ＝
的正弦 、余弦号可直接采用初始相角为零 ｆ 的 正 弦 、余 弦 发 生 器 来 产 生 。低 通 滤 波 器
选 择 二 阶 的 Ｂｕｔｔｅｒｗｏｒｔｈ滤 波 器 。
电 子 发展 的 重 大 障 碍 ，迫 使 电 力 系统 谐 波 污染的治理成 为电工科学技术界必须解决
２．２仿真 模型的建立
漤濑
舾 媾
毫奠
Ｔｈｅ ｂａｓｉｃ 】 ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ＡＰＦ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｉｓ
图 １ ｉ。、ｉ。法检测 原理图
ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．ａｎｄ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌｓ ｏｆ ｈａｒｍｏｎｉｃ
图 １是 ｉ。、ｉ 运算方式原理 图 ，ｅ 为
ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ａｒｅ ｂｕｉｌｔ ｕｐ ｂｙ ｍａｔｌａｂ．Ｔｈｅ ａ相 电 源 电 压 ， ｉ 、ｉｂ、ｉ 为 三 相 电 源 电
基于MATLAB的有源电力滤波器的设计学士学位论文 精品推荐
成都信息工程学院学位论文基于MATLAB的有源电力滤波器的设计基于MATLAB的有源电力滤波器的设计摘要随着电力电子装置日益广泛的应用，电力电子装置自身所具有的非线性导致了电网中含有大量谐波，这些谐波给电力系统带来了严重的污染，严重危害了用电设备和通信系统的稳定运行。
虽然传统的无源电力滤波器具有结构简单、成本低、技术成熟、运行费用低等优点，但同时也有一些缺点，例如只能抑制固定的几次谐波，并对某次谐波在一定条件下会与电网阻抗产生谐振反而而使谐波放大。
目前，谐波抑制的一个重要趋势是采用有源电力滤波器，有源电力滤波器也是一种电力电子装置，且相关技术的研究也日渐成为研究的热点。
本文阐述了几种常见APF的拓扑结构及各自的优缺点，详细分析了基于瞬时无功功率理论的谐波检测方法，比例控制和前馈控制两种电流环控制策略以及SPWM和SVPWM两种调制策略。
介绍了电力有源滤波器的基本原理和结构，并设计了并联型有源电力滤波器的控制系统。
该系统包括指令电流运算、PWM控制和驱动电路模块。
在MATLAB中建立了各个子模块的仿真模型和并联型有源电力滤波器的整体仿真模型。
仿真结果表明,其谐波抑制和无功补偿可以达到良好的效果,在技术上是可行的。
关键词：电力有源滤波器；谐波；谐波检测；MATLAB/SIMULINK仿真Design of Active Power Filter Based on MATLABAbstractWith the development of power electronic device the increasingly widespread application of power electronic device, which has resulted in a nonlinear network contains a large number of harmonics, the harmonic of power systems has brought serious pollution, serious harm to the electrical equipment and the stable running of the communication system. although the traditional passive power filter has the advantages of simple structure, low cost, mature technology, low running costs, but it also has some disadvantages, such as only the inhibition of stationary harmonics, and a harmonic under certain conditions and the grid impedance resonance instead of the harmonic amplification.Currently, the harmonic suppression is an important trend of active power filters, active power filter is a power electronic devices, and related technologies are increasingly become a hot topic. This paper describes the topology and their advantages and disadvantages of several common APF, a detailed analysis of the harmonic detection method based on instantaneous reactive power theory, and proportional control and feedforward control of two current-loop control strategy, and both SPWM and SVPWM modulation strategy. Introduced the basic principles and structure of the active power filter, and design of a shunt active power filter control system. The system consists of the command current operation, PWM control and drive circuit module. Simulation model of the various submodules and parallel active power filter simulation model in MATLAB. The simulation results show that the harmonic suppression and reactive power compensation to achieve good results, is technically feasible.Key words:Active power filter; harmonic; harmonic detection; MATLAB / SIMULINK Simulation目录论文总页数：25页1.1课题背景 (1)1.1.1谐波基本概念 (1)1.1.2谐波主要危害： (1)1.2国内外研究现状 (3)1.3本课题研究的意义 (3)1.4本课题研究方法 (4)1.5本文研究的内容 (4)2.有源电力滤波器 (4)2.1抑制谐波方法 (2)2.2 APF的工作原理和结构 (4)2.2.1 APF的基本原理和种类 (5)2.3 APF的谐波检测方法 (6)2.3.1 基于频域的检测方法 (6)2.3.2 瞬时空间矢量法 (6)2.3.3 有功分离法 (6)2.3.4 自适应检测法 (7)2.3.5 同步测定法 (7)2.4 APF的补偿电流控制方法 (7)2.4.1 三角载波控制 (7)2.4.2 滞环比较控制 (7)2.4.3 变结构控制 (7)2.4.4 无差拍控制与差拍控制 (8)2.4.5 单周控制（又称积分复位控制） (8)2.4.6 空间矢量调制 (8)3．源电力滤波器谐波检测及控制策略 (8)3.1 瞬时无功功率理论简介及其应用 (8)3.1.1 瞬时无功理论定义 (8)3.1.2三相电路谐波和无功电流实时检测 (10)3.2 SVPWM调制策略 (11)4.电力有源滤波器的仿真实现 (15)4.1 源电力滤波器仿真模型的建立 (15)4.1.1 APF的系统仿真模型 (15)4.1.2 非线性负载模型 (15)4.1.3 谐波检测模型 (16)4.1.4 PWM信号的产生 (18)4.2仿真结果 (19)结论 (22)参考文献 (22)致谢 (23)声明 (24)1．引言电能是现代社会的主要能源之一，在各行各业中有着广泛的应用，电能质量的好坏直接关系到国民经济的总体效益。
如何利用滤波器对谐波检测电路进行检测
高通和低通滤波器对谐波检测电路检测摘要从基于瞬时无功功率理论的一种谐波电流检测方法，推出了采纳高通和低通滤波器的两种谐波电流检测电路。
利用MATLAB仿真软件建立了相应的仿真电路，并就滤波器对谐波电流检测电路检测效果的妨碍进行了仿真研究，同时对两种电路的性能进行了比照，结果讲明，滤波器的截止频率、阶数和类型对检测电路的动态响应过程、检测精度都有非常大妨碍。
谐波电流检测电路采纳低通滤波器，不管从设计上依然从检测效果都有优势。
要害词：有源电力滤波器瞬时无功功率理论谐波检测滤波器AStudyaboutInfluenceofHighandLowPassFiltersonDetectingEffectofHarmonicsDetectionCircuitsWangQun YaoWeizheng WangZhaoan(Xi'anJiaotongUniversity710049China)Abstract Twocircuitsusinghighpassandlowpassfiltersareobtainedbyintroducingadet ectingapproachofharmoniccurrentsbasedontheinstantaneousreactivepower theory.TheirsimulationcircuitsarebuiltbyMATLABsimulationsoftware,res pectively.Thesimulationstudiesabouttheinfluenceofthefiltersinthedetecting circuitontheirdetectingeffectarecarriedoutand,atthesametime,theperforma ncesoftwocircuitsarecompared.Theresultsshowthatthedynamicresponsean dthedetectingprecisioncangreatlybeinfluencedbythecut-offfrequencies,the orderandthetypeofthefilters,andthatthecircuitcontainingLPFisbetterthanthe onecontainingHPFinbothdesignanddetectingeffect.Keywords:Activepowerfilter InstantaneousreactivepowertheoryHarmonicdetection Filter1 引言有源电力滤波器(APF——ActivePowerFilter)是近年来开展起来的一种抑制电网谐波的先进手段［1］。
基于MATLAB的有源电力滤波器谐波电流检测研究
Ｍ ｔｂ（Ｍ ｍｘＬｂｒｏ ， 阵实 验室 ） 美 ａｌ ａ ａ ａｏａ ｒ 矩 ｔｙ 是
国 Ｍ ｔ ｏ ｓ 司 １８ ａ ｗｒ 公 ｈ ｋ ９２年推 出的高性能的数值 计算和可视化软件产 品。Ｍ ｔｂ由主包 、ｉｕ ｎ ａａ ｌ Ｓ ｌｋ ｍ ｉ 以及功 能各异 的工具 箱组 成 。其 中 Ｓｍ ｌ ｋ是 系 ｉｕｉ ｎ
随着 的广 泛应用 ， 高了人类对 电能 的控 制 能力 ， 提 能
够按照需要将电能进行转换 ， 为人类 的生活提供 了更多的电能供应形式。但 电力电子装置等非线 性负载的广泛使用 ， 给电能的质量造成很大的影 响， 中以谐波污染 和无功功率损耗尤为严重。 其 因电 网中的谐 波不仅 危害 电 网本 身而且 危 害其周 边设备 ， 以现代工业 、 所 商业和居 民用户对供电质 量提出了更高的要求 ， 因此治理电网谐波污染势 在必 行 。
有源 电力滤 波器 （ Ｐ ） 一种用 于 动态 抑制 ＡＦ是 谐波、 补偿无 功 的新型 电力 电子装 置 ， 能对 大小 它 和频 率均变 化 的谐 波及 无 功 进 行 补偿 ， 且 可 以 并
器的设计是关键一环 ， 设计一个快速、 简便的滤波 方 法 ， 为设 计 者 追求 的 目标 。本 文 采 用平 滑 滤 成 波的方法来实现这一功能。通过在 Ｍ ｔｂ中使 ａａ ｌ 用 Ｄｓ ｅ ｈ ｅ ｓ ｒ ｉ ｒ ｅ ｉ Ｒ ｇ ｔ 模块很方便仿真实现 ， ｃ ｔＳ ｆ ｉ ｅ ｔ 同 时对后 面 的数字 控制 实现具 有很好 的指导 意义 。 ２ Ｍａａ ｔｂ及 其 进 行 电 力 系统 仿 真 分 析 的 基 本 ｌ
Ｔ Ｏ Ｙ —ｉｇ Ｙ Ｎ ｉｇ Ｚ Ｏ Ｇ Ｇ ｏｊ Ａ ｉ ｎ ， Ａ Ｇ Ｐｎ ， Ｈ Ｎ ｕ － ｂ ｉ （ ｕ ｎｎ Ｕ ｉｅ ｉ ｆ ｅｈ ｏ ｇ ｒｓ ， ｕ ｎｚｏ ６ ０， ｈｎ Ｈ ａａ ｎｖｒ ｔ ｏ ｃ ｎ ｌ ｙＰｅｓ Ｇ ａ ｇｈ ｕ５ ０ ４ Ｃ ｉａ） ｓｙ Ｔ ｏ １
(打印)基于MATLAB的谐波电流检测方法的建模与仿真_潘翀
图 11 p、q 运算方式检谐波电流仿真模型
其主要由负载电流发生 模块 source, 三相 \ 二相 变换模 块 C 32, ip、iq 运算模块 C, 二相 \ 三相变换模块 C 23这些封装 ( M ask) 模块以及低通滤波器 ( L PF) 构成。这里的 source模 块、C32模块、C23块与前述部分相同, 不再赘述。下面 简述 ip、 iq 运算模块的建立。
如 ( 1) 式所示。
iaf ibf
=
C
23
C
-1 pq
¸p = ¸q
1 e2
C 23
icf
e A
eB
e B
- eA
¸p ¸q
( 1)
图 1 p、q 运算方式原理图
将 iaf、ibf、icf 与 ia、ib、ic 相减, 即得 ia、ib、ic 的谐波分量 iah、 ibh、ich。 2. 2 ip、iq 运算方式
) 195 )
图 7 p、q 运算模块 Cpq
图 10 ip、iq 运算模块 C
4 对比仿真研究
仿真条件为: 电源电压有效值为 220V、频 率为 50H z。p、q 运算方式和 ip、iq 运算方式检测 谐波电 流仿真 波形分 别如图 11、12, 从上到下分别为 a、b、c三相谐 波电流波形。
图 8 p、q 逆运算模块 Cpq- 1
文献 [ 4]、[ 5] 已经论证, 在基于瞬时无功理论 的谐波电 流检测电路中采用低通滤波器 , 无论从设 计上还是 从检测效 果都有优势, 因而本文 中均采 用文 献推荐 的低 通滤 波器。本 文利用 M ATLAB /SIMU L INK 提供的低 通滤波 器进行 仿真建 模, 具体选择二阶 Butterwo rth低通滤波器, 截止频率为 20H z。 3. 2 ip、iq 运算方式
基于MATLAB的广义有源电力滤波器检测方法研究
真结果表明， 采用该方法能够精确检测谐波电流等分量 ， 消除电压畸变对结果的影响。
关键 词 ： 广义 有 源电力 滤波 器 ； Ｐ—ｑ—ｒ 法； 谐 波 电流
摘 要： 广义 有源 电力滤 波 器（ Ｇ Ａ Ｐ Ｆ ） 是 一 种普 遍 适 用 的 高性 能新 型 有 源 电 力滤 波 器。 基 于 广义 瞬 时 无功 功 率
理论 ， 研 究了 Ｇ Ａ Ｐ Ｆ指令电流检测的 Ｐ — ｑ — ｒ 法。为消除电流检测 中电压畸变带来的检测误差， 提 出采用数字低 通 滤波 器对 电 网畸 变的 电压进 行 滤波 ， 提 取其 中的基波 电压 ， 在此 基础 上进 行谐 波 和 无功 电流 的检 测 。本 文利 用
中 图分类 号 ： Ｔ Ｎ ７ １ ３ ． ８ 文 献标 识码 ： Ｂ
Ｓ ｔ ｕ ｄｙ ｏ ｆ Ｔｅ ｓ ｔ ｉ ｎｇ Ｍｅ ｔ ｈｏ ｄ ｉ ｎ Ｇｅ ｎｅ ｒ ａ ｌ ｉ ｚ ｅ ｄ Ａｃ ｔ ｉ ｖ ｅ Ｐｏ ｗｅ ｒ Ｆｉ ｌ ｔ ｅ ｒ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｍ ＡＴＬＡＢ
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄｓ： ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ｌｉ ａ ｚ ｅ ｄ ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｉ ｆ ｈ ｅ ｒ ； ｐ —ｑ—ｒ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ； ｈ ａ ｍｏ ｒ ｎ ｉ ｃ ｃ ｕ ｒｅ ｎ ｔ
１ 引 言
随着大 功率 电力 电子装 置 等非线 性 负载 的广 泛使 用， 产 生大 量谐 波 电流注入 电网 。谐 波给 供 、 用 电设 备 以及 电 网造 成危 害 ， 因此 抑 制 谐 波 是 改善 电能 质 量 的
基于Matlab的三相四线有源电力滤波器的谐波和无功电流检测研究
生与 补偿谐 波形状 一致 、 位相 反的 电流 ， 相 来抵 消非线
性 负荷产 生 的谐 波 电流 ， 以使谐 波 不 会流 入公 共 供 电 回路 ［ 。它 采用大 功率 、 １ ］ 高开 关 频率 的开关 器 件 ， 具有
２ 基于瞬时无功功率理论 一 运算方式的 检测原理
ａ ｄ ｃ ｌｕ ａ ｅ ａ ｈ ｐ ａ ｅ ｈ ｒ ｎ ｃ ｃ ｒ ｅ ｔｖ ｌ ｅ ｂ ａ ｄ ａ ｓ Ｉ ｉ ｔ ｉ ｌ ｎ ｐ ｉ ｃｐ ｅ ｉ ｈ ｄ ｔ ｃ ｎ ａ ｃ ｌ ｔ ｓ ｅ ｃ ｈ ｓ ａ ｍｏ ｉ ｕ ｒ ｎ ａ ｕ ｙ ｎ ｑ ｍｅ ｎ ． ｔ ｓ ｗｉｈ ｓ ｍｐ ｅ ｉ ｒｎ ｉ ｌ ，ｈ ｇ ｅ ｅ —
刘平英 ， 国海 ， 莹杰 ， 忠军 刘 查 吴 （ 苏大 学 电江 气信 息工 程 学院 ， 苏 镇 江 ２ ２ １ ） 江 １ ０ ３
摘 要 ： 据 三相 瞬 时无功 功率 理论 ， 出 了一种 三相 四 线有 源 电力滤 波器 的谐波 和无 功 电流 的检 测 方法 ， 依 提 将三
ｔ ｎ ｐ ｅ ｉｉｎ ａ ｄｇ ｏ ｔｂ ｌ ｙ ｉ ｒｃｓｏ ｎ ｏ ｄ ｓ ａ ｉ ｔ ．Ｍ ａｌ ｂ Ｓ ｍｕ ｉｋ ｓｍｕ ａ ｉｎ ｒｓ ｌｓｓ ｏ ｔ ａ ｈ ｒ ｓ ｎ ｔ ｏ ｓｖ ｌ ． ｏ ｉ ｔａ ／ ｉ ｌ ｉ ｌｔ ｅ ｕ ｔ ｈ ｗ ｈ ｔｔ ｅｐ ｅ ｅ ｔｍｅｈ ｄ ｉ ａｉ ｎ ｏ ｄ
Ｆｏｕ — ｗ ｉｅ Ａ ｃ ｉｅ Ｐｏ ｅ ｌｅ ｓ ｄ ｏ ａ ｌ ｂ ｒ ｒ ｔｖ ｗ ｒ Ｆｉｔ ｒＢａ ｅ ｎ Ｍ ｔａ ＬＩ Ｐｉｇ Ｕ ｎ 一 ｎ ＬＩ Ｇｕ － ｈ ｉＣＨ Ａ ｎ ｇ， Ｕ ｏ ａ ， Ｙｉｇ— ｆｅＷ Ｕ ｏ ｇ－ ｄ ｎ ｉ ， Ｚｈ ｎ － ｕ （ ｌ ｇ ｆＥｌｃｒｃ ｌ ｎ Ｉｆｒ ｔｏ Ｅｎ ｉｅ ｒｎ Ｃｏｌ ｅ ｏ ｅ ｔｉａ ａ ｄ ｎｏ ｍａｉｎ ｅ ｇｎ ｅｉｇ，Ｊａ ｇ ｕ ｉｎ ｓ Ｕｎｖ ｒｉｙ，Ｚ ｅ ｊ ｎ １ ０ ３ ｉｅｓｔ ｈ ｎｉ ｇ ２ ２ １ ， ａ
基于MATLAB的有源三相滤波器的设计
基于MATLAB的有源三相滤波器的设计东北大学本科毕业设计（论文）毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书基于MATLAB 的三相滤波器的设计摘要电能作为现代社会的重要能源之一，广泛应用于工农业生产、人民生活、国防科技等各个领域。
随着电力电子技术的发展，大量的非线性负载和各种整流设备被广泛的应用于各行各业，使电网谐波含量大大增加，电能质量下降。
所以，抑制谐波污染、改善供电质量成为迫切需要解决的问题。
目前，随着电力电子技术的飞速发展，采用有源电力滤波器动态抑制谐波成为重要的发展方向，它能克服传统LC 滤波器的缺陷。
有源电力滤波器是一种新型谐波、无功补偿装置，和传统的LC 滤波器相比，有源电力滤波器可以对谐波、无功以及负序电流实现实时、准确的补偿。
因此，有源电力滤波器有广阔的应用前景，进行有源电力滤波器的研究和开发工作具有非常重要的意义。
本文以并联电压型有源电力滤波器作为研究对象，系统地分析了并联电压型有源电力滤波器的工作原理、补偿特性等问题。
深入研究了基于瞬时无功功率理论的p q -法、基于瞬时无功功率理论下的改进型谐波电流检测的p q i i -法，对并联型有源电力滤波器的三角波载波控制、电流滞环跟踪控制等电流控制策略进行了研究，并对传统的电流滞环跟踪控制进行了改进，同时引入直流侧电压反馈控制环节，以保证有源电力滤波器具有良好的补偿跟随特性，通过理论分析比较了各自的特点。
本文还利用MATLAB/SIMULINK 进行有源三相滤波器的仿真，仿真结果表明，有源电力滤波器能够对谐波电流起到了较好的补偿作用，具有较好的动态补偿特性。
关键词： 有源三相滤波器、谐波电流、瞬时无功功率理论、MATLAB目录毕业设计（论文）任务书 (I)摘要 (II)MATLAB-based three-phase filter design .................. 错误!未定义书签。
Abstract ................................................................................. 错误!未定义书签。
基于MATLAB谐波电流检测仿真研究
随着 电力 电子 器 件 的广 泛 应 用 ， 系统 电 流发 生 畸 变 ， 网 中 电
的谐 波污 染 日益 严 重 ， 响 了供 电质 量 并 且 造 成 了 电 能 的 浪费 ， 影 所 以 电 网 中 的谐 波 问题 的 解 决 备 受 关 注 。本 文 基 于 瞬 时 无 功 功
真 研 究 。建 立 电 流检 测 系统 的仿 真 模 型 ， 别 检 测 系 统 电 流 、 分 电
Ｌ
…
…
…
一
图 １ ｏ Ｂ坐 标 系 中 的 电 压 、 流 矢 量 ｃ — 电
淮 阴工 学院 青 年 教 师 基金 项 目（ ＨＧＣ ９ ５ ００ ）
图３
系统 电流 波 形
Ａｂ ｔａｃ ｓｒ ｔ Ｔｈ ｍｅ ｈ ｏ ｒ ｃ ｉｅ ｅ ｔ ｏｄ ｆ ｅａ ｔ ｃｕ ｒ ｔ ｖ ｒｅｎ ｄｅｅｃ ｉ ｉ ｏｎ ｏ ｔ ｅ ｅ ｔ ｃｈ ｏｌｇｙ ｎ ａｒ ｏ ｃ ｕ ｔ ｔ ｏｎ ｓ ｅ ｆ ｈ ｋ ｙ ｅ ｎ ｏ ｉ ｈ ｍ ｎｉ ｓ ｐｐｒｓｓｏｎ ｎ ｒ ａ ｉ ｐｏ ｒ ｅ ｉ ａ ｄ ｅ ｃｔ ｖｅ ｗｅ
设 三 相 电路 各 相 电压 和 电流 的瞬 时 值 分 别 为 ｅ、ｂｅ 和 ｉ ｅ 、。 、 ｉ ｃ变换 到 ｏ １ 相 正交 的坐 标 系 上 ， 到 ｄ、 ＿ ， ． ｒ ３两 一 得 １ 相 瞬 时 电压 ３两 和 电 流 分别 为 ｅ ； Ｂ ｅ Ｉ 。
１
ｃ ｉ ｔ－Ｏ ｝ ＝ ｓｅ ＣＳ ［ ｅ ｎ
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基于matlab的电力系统有源滤波器设计
基于matlab的电力系统有源滤波器设计有源滤波器常用于电力系统中的谐波补偿。
下面是一个简单的基于matlab的有源滤波器设计示例：1. 系统模型首先，我们需要建立电力系统的模型。
假设我们要设计一个谐波滤波器来补偿电网中的第5次谐波。
系统模型如下图所示：其中，U1是电网电压，U2是负载电压，L和C分别是电路中的电感和电容。
Vin是有源滤波器的输入电压，Vout是输出电压，R是有源滤波器中的电阻，G 是电容的导纳，s是Laplace算子。
2. 控制器设计有源滤波器的控制器通常使用PI控制器和H∞控制器。
这里我们选择使用PI控制器。
PI控制器的传递函数为：Kp + Ki/s其中，Kp是比例增益，Ki是积分增益。
3. 滤波器设计有源滤波器的设计通常是在仿真中进行的。
我们使用simulink工具箱来进行仿真。
以下是有源滤波器的设计步骤：- 设置系统参数为了方便起见，我们首先设置了一些系统参数。
以下是参数列表：- 电网电压：400V- 电阻：0.01Ω- 电容：200μF- 电感：10mH- 负载电阻：10Ω- 有源滤波器输入电压：20V- 积分时间常数：0.001s- 比例增益：0.5在simulink中，我们使用Signal Builder模块来产生模拟信号，如下图所示：- 建立系统模型我们使用simulink模块建立电力系统模型，如下图所示：通过调整控制器的比例增益和积分增益，我们可以使滤波器输出的电压与需补偿的谐波相位相同，如下图所示：最终输出的谐波滤波器电压与需补偿的谐波电压相消，进一步将系统中的谐波降到可接受的水平，如下图所示：通过这个例子，我们可以看到使用simulink进行有源滤波器设计的基本步骤。
在实际应用中，我们需要根据具体情况进行参数调整和系统优化。
基于matlab的低压电力系统谐波检测方法仿真研究.docx
1 前言随着科学技术的发展，随着工业生产水平和人民生活水平的提高，非线性用电设备在电网中大量投运，造成了电网的谐波分量占的比重越来越大。
它不仅增加了电网的供电损耗，而且干扰电网的保护装置与自动化装置的正常运行，造成了这些装置的误动与拒动，直接威胁电网的安全运行[1]。
国际上公认的谐波含义为：“谐波是一个周期电气量的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍”。
它明确了谐波次数n必须是一个正整数。
由于谐波是其基波的整数倍，故也常称为高次谐波。
高次谐波产生的根本原因是电力系统中某些设备和负荷的非线性特性，即所加的电压和产生的电流不成线性关系而造成的波形畸变。
造成系统正弦波形崎变、产生高次谐波的设备和负荷称为高次谐波源或谐波源[2]。
一切非线性的设备和负荷都是谐波源。
当电力系统向非线性设备及负荷供电时，这些设备或负荷在传递(如变压器)、变换(如交直流换流器)、吸收(如电弧炉)系统发电机所供给的基波能量的同时，又把部分基波能量转换为谐波能量，向系统倒送大量的谐波能量，使系统正弦波形畸变，产生谐波。
谐波源产生的谐波与其非线性有关。
当前，电力系统的谐波源按其非线性特性分主要有三类[3]：(1)电磁饱和型：各种铁芯设备，如变压器、电抗器等，其磁饱和特性呈现非线性。
(2)电子开关型：主要为各种交直流换流设备装置(整流器、逆变器)以及双向晶闸管可控开关设备等，在化工、冶金、电气轨道等大量工矿企业及家用电器中广泛使用；在系统内部，则如直流输电中的整流阀和逆变阀等，其非线性呈现交流波形的开关切合和换向特性。
(3)电弧型：各种炼钢电弧炉在熔化钢铁期间以及交流电弧焊接机在焊接期间，其电弧的点燃和剧烈变动形成的高度非线性，使电流不规则的波动，其非线性呈现电弧电压与电弧电流不规则的、随机变化的伏安特性。
由于电力系统施加于负荷的电压基本不变，谐波源负荷通过从电力系统取得一定的电流作功，该电流不因系统外界条件和运行方式而改变，同时谐波源固有的非线性伏安特性决定了电流波形的畸变，使其产生的谐波电流具有一定的比例，因此非线性负荷一般都为谐波电流源向系统注入一定的谐波电流。
基于MATLAB的有源电力滤波器谐波电流检测研究
变流器输出电感 Ln 为 1. 5mH; 滤波电 容取 Cd 为 4. 7∀F。
非线性负载是电网中主要的谐波源。非线性 负载种类较多, 如三相二极管整流桥、三相可控硅 整流桥、电弧炉、空调、电视机、变压器等, 其中最 具有代表性的谐波源是直流侧带感性负载的二极 管整流桥和三相可控硅整流桥, 这类负载在电网 中应用较为广泛, 而且产生的谐波含量 也较大。 因此, 仿真模型采用三相不可控整流桥作为谐波 源进行建模, 具有代表性。本文中取三相不可控 整流桥接负载电阻 Rd 为 50! , 和限流电阻 R s 为 25!。限流电阻在 0. 06s切除, 使负载突变, 观察 电流跟踪情况。仿真模型如图 3所示。
( 3)
- 1 /2 - 3 /2
图 1 ห้องสมุดไป่ตู้联型有源电力滤波器系统结构图
图 1所示为最基本的有源电力滤波器系统构 成原理图。图中 eS表示交流电源, 负载为谐波源, 它产生谐波并消耗无功。有源电力滤波器系统由 两大部分组成, 即指令电流运算电路和补偿电流 发生电路 ( 由电 流跟踪控制电路, 驱动电 路和主 电路三部分构成 )。其中, 指令电流运算 电路的 核心是检测出补偿对象电流中的谐波和无功等电 流分量, 因此有时也称为谐波和无功电流检测电 路。补偿电流发生电路的作用是根据指令电流运 算电路得出的补偿电流的指令信号, 产生实际的 补偿电流, 补偿电流与负载电流中要补偿的谐波
图 2 ip、iq 运算方式的原理图
该方法用一锁相环和一正、余弦信号发生电 路得到 与 a 相电 网电压 ea 同 相位 的正 弦信 号 sin t 和对应的余弦信号 - cos t, 根据定义可以 和 i 、i 计算出 ip 、iq, 经 LPF 滤波得到 ip、iq 的直流 分量 ip、iq。由 ip、iq 即可计算出三相基波电流 iaf、 ibf、icf, 进而计算出三相谐波电流 iah、ibh、ich。
电流平均值谐波检测方法MATLAB仿真
摘要本论文首先对国外谐波抑制技术开展现状、有源电力滤波器原理与构造及三相瞬时无功功率理论进展了综述。
重点研究了基于瞬时无功功率理论。
检测法及改进的电流移动平均值谐波检测法。
在对电流移动平均值原理进展分析的根底上，给出了电流平均值谐波检测方案及实现检测的原理框图。
接着以MATLAB6.1软件包中的SIMULINK仿真环境为平台，构建了平均值谐波检测法的仿真模型;对电流平均值谐波检测方案进展了仿真研究，并与基于滤波器的。
谐波检测法的仿真结果进展了分析比照。
结果说明，所采用的仿真方法与所构建的仿真模型不仅有效，而且证实了平均值谐波检测法比滤波器法有良好的动态响应性能。
在仿真根底上，提出了基于LF2407ADSP芯片电流平均值谐波检测法的数字实现方案，进而开发了三相并联型数字有源电力滤波器实验系统。
进展了软、硬件设计。
搭建的硬件电路包括:过零同步检测、电流和电压检测、PWM输出等几局部。
采用模块化设计思路，用DSP汇编语言编写了系统软件，其中包括：ADC及中断处理、捕获及捕获中断处理、三相到两相电流转换、平均值法谐波计算、两相到三相变换、PI调节、PWM输出控制及主程序等模块，并在软件开发系统下进展了调试。
为实现电流同步采样处理，根据LF2407A事件管理器捕获单元特点，提出一种用软件实现锁相环的控制方法。
最后对有源电力滤波器进展了系统调试。
实验结果说明，采用电流平均值谐波检测法结合软件锁相环控制方法能有效、准确的检测谐波，用该检测法开发的DSP有源电力滤波器实验系统，能够有效消除由非线性负载产生的谐波。
关键词有源电力滤波器，瞬时无功功率，谐波电流检测，电流移动平均值，数字信号处理器关键词有源电力滤波器，瞬时无功功率，谐波电流检测，电流移动平均值，数字信号处理器目录摘要 (1)第一章绪论 (4)1.1 概述 (4)1.1.1 谐波含义及其产生 (5)1.1.2 谐波的危害 (5)1.1.3 谐波研究意义 (6)1.2 谐波抑制技术现状 (7)1.2.1 无源滤波器及其应用 (7)1.2.2 有源电力滤波器开展概况 (10)1.3 本论文主要工作 (11)第二章有源电力滤波器原理和构造 (12)2.1 有源电力滤波器工作原理 (12)2.2 有源电力滤波器系统构成 (13)2.2.1 并联型有源电力滤波器 (14)2.2.2 串联型有源电力滤波器 (20)2.3有源电力滤波器的主电路 (21)2.3.1 PWM逆变器主电路 (22)2.3.2 PWM逆变器工作原理 (23)2.3.3 电流跟踪控制方式 (25)第三章瞬时谐涉及无功电流检测方法 (29)3.1 概述 (29)3.2 基于瞬时无功功率理论的谐波电流检测方法 (30)3.2.1 瞬时无功功率的根底理论 (30)3.2.2 三相电路谐波和无功电流实时检测 (33)3.3 于电流移动平均值原理谐波检测新方法 (36)3.3.1 电流移动平均值原理 (37)3.3.2 基于移动平均值原理的谐波检测法 (38)第四章电流平均值谐波检测方法仿真研究 (40)4.1 概述 (40)4.2 电流变换及移动平均值模块在Simulink下的实现 (40)4.3 电流平均值原理谐波检测在Simulink下的实现 (41)4.4 电流平均值原理谐波检测仿真结果 (43)4.4.1 负载恒定时的仿真 (44)4.4.2 负载变化时的仿真 (45)小结 (48)参考文献 (50)第一章绪论1.1概述在一个理想的发电和供电系统中，电能是以单一恒定的工业频率和规定的电压水平向用户供电。
电力有源滤波器中谐波电流检测与仿真
０ 引言
近年来 ， 电力 电子装置 的应 用 日益广泛 ， 各种 电力 电子 装置 成 为 主 要 的谐 波 源 ， 波 带 来 一 系 列 的 问 谐 题 ， 加剧 了对 电网 的污 染 。相 对 传 统 的 Ｌ 也 组成 。并 联型 电力 有 源
机 床 电 器 ２ １． ０２４
研 究 ・ 发 — — 电力 有 源滤 波器 中谐 波 电 流 检 测 与 仿 真 开
电力 有 源滤 波器 中谐 波 电流检 测 与 仿 真 冰
高海洲 ， 叶天凤 ， 学军 （ 马 湖北 理工 学 院 电气 与 电子信 息工 程学 院 ，３０ ３ ４５０ ）
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｉ ｈ ｅ ｉｎ ｏ ｃｉｅ ｐ ｗｅ ｌ ｒ ｈ ｅ ｌ ｉ ｅｅ ｔ ｎ ｏ ａｍｏ ｉ ｕ ｒｎ ｓｔ ｅ ｋ ｙ ｔｃ ｎ ｑ ｅ ｆｃ ｎ ｓｒ ｃ ：ｎ ｔ ｅｄ ｓｇ ｆａ ｔ ｏ ｒｆ ｔ ．ｔ ｅ ｒ ａ —ｔ ｖ ｉ ｅ ｍｅ ｄ ｔ ｃｉ ｆ ｒ ｎ ｃｃ ｒ ｔ ｈ ｅ ｅ ｈ ｉ ｕ ｓｏ ｏ — ｏ ｈ ｅ ｉ ｔ ｌ ｎ ｏ ｅ ｓ ｔ ｎ ｎ ｔｅ ｐ ｐ ｒ ａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｔｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｉ ａｅ ｔ ｎ ｆｒ ｔ ｎ ａ ｄ ｉ ｓａ ｔ ｎ ｏ ｓｒ ａ ｔ ｅｐ ｗｅ ，ｗ ｏ ｒ ｄ ｃ ｍｐ ｎ ａｉ ．Ｉ ａ ｅ ，ｂ ｓ ｄ ｏ ｈ ｏ ｙ ｏ ｏ ｄｎ ｔ ｒ ｓｏ ｍａ ｉ ｎ ｎ ｔｎ ａ ｅ ｕ ｅ ｃｉ ｏ ｒ ｅ ｇ ｔ ｏａ ｏ ｈ ｈ ｃ ａ ｏ ｖ ｔ ｅｖ ｌ ｅ ｏ ａ ｍｏ ｉ ｕ ｒ ｎ ． Ｍｅ ｎ ｉ ，ｔ ｅｉ ｈ ｈ ｏｙ＂ ａ ａｙ ｉ ，ｗ ｓ ｄ ＭＡＴ ＡＢ ｔ ｉ ｌｔ ｈ ｏ ｌ ｅ ｒｌ ａ ｈ ａｕ ｆｈ ｒ ｎ ｃ ｃ ｒｅ ｔ ａ ｗｈ ｌ ｏ ｖ ｒ ｙ ｔ ｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｎ ｌｓｓ ｅ ｆ ｅ ｕ ｅ Ｌ ｏ ｓｍｕ ａｅ ｔｅ ｎ ｎ ｉ ａ ｏ ｄ ｎ ｗ ｉ ｈ ｉ ｈ ｎ ｏ ｔ ｌ ｄ ｂ ｉ ｇ ｅ ｔ ｅ ｉ ａ ａ ｉ ｖ ｏ ｄ ｈ ｃ ｓｔ ｅ ｕ ｃ ｎｒ ｌ ｒ ｅ ｒｃ ｉ ｒｗ ｔ ｃ ｐ ｃｔ ｅ ｌａ ．Ｔ ｅ ｓ ｌｔｏ ｅ ｕ ｔ ｓ ｏ ｄ ｔａ ｅ ｃ ｕ ｄ ｅｆ ｃｉ ｅｙ ｇ ｔｔ ｅ ｏｅ ｄ ｉ ｆ ｈ ｉ ｈ ｉ ａｉｎ ｒ ｓ ｌ ｈ ｗｅ ｈ ｔｗ ｏ ｌ ｆ ｔ ｌ ｅ ｈ ｍｕ ｓ ｅ ｖ
基于MATLAB的电力谐波分析
目录摘要 (2)Abstract (2)1：绪论 (2)1.1课题背景 (2)1.2谐波的产生 (3)1.3电网中谐波的危害 (5)1.4研究谐波的重要性 (5)2：谐波的限制标准和常用措施 (7)2.1国外谐波的标准和规定 (8)2.1.1谐波电压标准 (8)2.1.2谐波电流的限制 (9)2.2我国谐波的标准和规定 (9)2.2.1谐波电压标准 (10)2.2.2谐波电流的限制 (11)2.3谐波的限制措施 (12)3：谐波的检测与分析 (15)3.1电力系统谐波检测的基本要求 (15)3.2国内外电力谐波检测与分析方法研究现状 (15)3.3谐波的分析 (18)3.3.1电力系统电压（或电流）的傅立叶分析 (19)3.3.2基于连续信号傅立叶级数的谐波分析 (19)4：电力谐波基于FFT的访真 (21)4.1快速傅立叶变换的简要和计算方法 (21)4.1.1快速傅立叶变换的简要 (21)4.1.2快速傅立叶变换的计算方法 (21)4.2 FFT应用举例 (22)5：结论 (28)附录： (28)参考文献： (30)致谢： (30)基于MATLAB的电力谐波分析学生：指导老师：电气信息工程学院摘要：电力系统的谐波问题早在20世纪20年代就引起人们的注意，到了50年代和60年代，由于高压直流输电技术的发展，发表了有关换流器引起电力系统谐波问题的大量论文。
70年代以来，由于电力电子技术的飞速发展，各种电力电子装置在电力系统、工业、交通及家庭中的应用日益广泛，谐波所造成的危害也日趋严重。
世界各国都对谐波问题予以充分的关注。
本文首先对目前国内外电力谐波检测与分析方法进行了综述与展望，并对电力谐波的基本概念、性质和特征参数进行了详细的分析，给出了谐波抑制的措施。
并得出基于连续信号傅立叶级数的各次谐波系数的计算公式，推导了该计算公式与MATLAB函数FFT计算出的谐波系数的关系。
实例证明：准确测量各次谐波参数，对电力系统谐波分析和抑制具有很大意义，可确保系统安全、可靠、经济地运行。
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关键词: 有源电力滤波器; 平滑滤波; S函数; 仿真 中图分类号: TN713. 8 文献标识码: A 文章编号: 1002 0349( 2007) 04 0026 04
A ctive Power F ilter Harm on ic Cu rrents D etection Research Based on M ATLAB TAO Y i b ing, YANG P ing, ZHONG Guo ji
有源电力滤波器的交流电路可分为电压型和 电流型, 目前实际应用的装置中, 90% 以上是电压 型。从与补偿对象的连接方式来看, 又可分为并联 型和串联型, 目前运行的装置几乎都是并联型。所 以本文以并联电压型有源电力滤波器为研究对象。
及无功等电流 抵消, 最终得到期望的 电源电流。 主电路目前均采用 PWM 变流器。 3. 2 谐波和无功电流的实时检测
第 28卷 第 4期 2007年 8月
电力电容器 Powe r Capac ito r
V o .l 28 N o. 4 A ug. 2007
程计算、算法研究、建模与仿真、数据分析及可视 化、工程绘图等功能。
M atlab中有专用于电力系统分析的电力系统 模块集 ( P ow er System B lockset, PSB ) , 它是一种 针对电力系统的可视化建模与仿真工具, 可用于 电路、电力电子系统、电机系统、电力传输等过程 的仿真。强大的 PSB 和 Sim u link 同时使用 将使 一些复杂的、非线性的电力系统的建模与仿真变 得非常简捷。因此, 它己成为电力科研工作者和 工程技术人员应用它来进行电力系统有关问题的 仿真分析和辅助设计的理想工具。 3 并联电压型有源电力滤波器的工作原理及工 作方式 3. 1 并联电压型有源电力滤波器工作原理
三相电路瞬时无功功率理论首先于 1983年由 赤木泰文提出以来 [ 2, 3] , 在有源电力滤波器的谐波 和无功电流实功率的谐波电流检测方
法通常有两种: p、q运算方式和 ip、iq 运算方式。 对于三相三线制电路, 只要电网电压波形发
生畸变, 而不论三相电压, 电流是否 对称, p、q 运 算方式的检测结果都有误差, 只是误差的情况将 有所不同; 而按 ip、iq 运算方式检测时, 由于只取 sin t、- cos t参与运算, 畸变电压的谐波成分在 运算过程中不出现, 因而检测结果不受电压波形 畸变的影响, 检测结果是准确的 [ 4 ] 。因而本文采 用 ip、iq 运算方式来检测谐波和无功电流。
第 28卷 第 4期 2007年 8月
电力电容器 Powe r Capac ito r
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基于 MATLAB的有源电力滤波器谐波电流检测研究
陶以彬, 杨 苹, 钟国基
(华南理工大学电力学院, 广州 510640) 摘 要: 简要介绍 M atlab的特点以及 M at lab /S imu link进行电力系统仿真的基本方法。通过对有 源电力滤波器的建模和仿真, 验证了数字滤波器算法的正确性和快速性; 同时, 也表明了基于瞬 时无功功率理论设计的并联型有源电力滤波器能够有效地消除谐波电流和进行无功补偿。
电源采用三相电源, 内阻 0. 1!, 电感为 0. 1 mH, 线路电感 Ls 为 2mH;
变流器输出电感 Ln 为 1. 5mH; 滤波电 容取 Cd 为 4. 7∀F。
非线性负载是电网中主要的谐波源。非线性 负载种类较多, 如三相二极管整流桥、三相可控硅 整流桥、电弧炉、空调、电视机、变压器等, 其中最 具有代表性的谐波源是直流侧带感性负载的二极 管整流桥和三相可控硅整流桥, 这类负载在电网 中应用较为广泛, 而且产生的谐波含量 也较大。 因此, 仿真模型采用三相不可控整流桥作为谐波 源进行建模, 具有代表性。本文中取三相不可控 整流桥接负载电阻 Rd 为 50! , 和限流电阻 R s 为 25!。限流电阻在 0. 06s切除, 使负载突变, 观察 电流跟踪情况。仿真模型如图 3所示。
* 收稿日期: 2007 01 13
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在试验之前进行系统仿真以获得最佳参数和验证
算法的可行性。 目前在 APF中, 对谐波电流的检测主要采用
瞬时无功电流检测法。在这种方法中, 低通滤波 器的设计是关键一环, 设计一个快速、简便的滤波 方法, 成为设计者追求的目标。本文采用平滑滤 波的方法来实现这一功能。通过在 M atlab 中使 用 D iscrete Shift R eg ister模块很方便仿真实现, 同 时对后面的数字控制实现具有很好的指导意义。 2 M atlab 及其 进行电 力系统 仿真 分析的 基本 方法
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第 28卷 第 4期 2007年 8月
电力电容器 Powe r Capac ito r
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4 仿真模型的建立 根据以上原理, 建立有源电力滤波器的仿真
模型。在建立仿真模型时, 电源和负载采用 M at lab自带的元件库, C32和 C 采用 S函数编程来实 现, LPF 采用数字滤波的方法, PWM 采用模块搭 建的方法来实现。 4. 1 电源和非线性负载
有源电力滤波器 ( APF )是一种用于动态抑制 谐波、补偿无功的新型电力电子装置, 它能对大小 和频率均变化的谐波及无功进行补偿, 并且可以 克服 LC 滤波器等传统的谐波抑制和无功补偿的 缺点。 APF 系统是一种复杂的电力电子装置, 既 包括主电路, 也包括控制电路, 系统阶数较高, 理 论分析较困难, 且系统的实时型要求较高, 有必要
该方法原理如图 2 所示, 图中矩阵 C 如 ( 1) 式所示, 矩阵 C 32如 ( 2)式所示, 矩阵 C 23如 ( 3)式 所示。
sin t - cos t
C=
( 1)
- cos t - sin t
1 - 1 /2 - 1 /2
C32 = 2 /3
( 2)
0 3 /2 - 3 /2
1
0
C23 = 2 /3 - 1 /2 3 / 2
文件来编写。 S函数实现了 ia bc - ip、iq 变换。
图 4 谐波提取模块 低通滤波器 LPF, 实现滤除交流, 保留直流的 功能。一般的低通滤波器, 截止频率越低, 延时越 长, 还会对直流分量产生衰减, 补偿的效果变差; 而截止频率高, 交流分量衰减不够, 输出还含有较 大的交流分量, 从而影响补偿的效果。本文采用 数字滤波, 取得了较好的效果, 而且为后面的数字 控制提供了算法的验证。在实时性要求很高的微 机控制系统中, 常采用平滑滤 波法 [ 5] , 即 采用固 定长度 ( 设为 N ) 的队列, 每进行一次新的采集, 将采集结果放入队尾, 而扔掉原队首的数据, 这样 便可对 N 个 最新数据 !计算均值, 作为最近一次 采样数据值。由于电网中奇次谐波远远高于偶次 谐波, 假定负载电流中含有 k 次谐波 ( k 为奇数 ), 对负载电流进行 3 / 2变换和 ip 、iq 变换后, 正序基 波对应的旋转向量为直流分量, 同时 k 次正序谐 波对应的旋转矢量角速度为 k - 1, 而 k 次负序谐 波对应的旋转矢量的角速度为 k + l。由于 k - 1 和 k + l均为偶数, 所以滤波器要滤掉这些偶次 波。本文采用 D iscrete Sh ift Reg ister 模块来实现, 采样频率取 6. 4kH z, 对半个周期采样 64个点, 采 用平滑滤波法, 延时为 0. 01s, 比采用二阶 Butter w orth低 通滤波 器, 截止频 率为 20H z[ 6 ] , 延时 要 短, 而且这种滤波方法是始终稳定的, 便于实现。 滤波效果如图 5所示 ( 在 0. 06s时, 负载突变 )。
1 引言 随着电力电子技术的迅速发展和电力电子装
置的广泛应用, 提高了人类对电能的控制能力, 能 够按照需要将电能进行转换, 为人类的生活提供 了更多的电能供应形式。但电力电子装置等非线 性负载的广泛使用, 给电能的质量造成很大的影 响, 其中以谐波污染和无功功率损耗尤 为严重。 因电网中的谐波不仅危害电网本身而且危害其周 边设备, 所以现代工业、商业和居民用户对供电质 量提出了更高的要求, 因此治理电网谐波污染势 在必行。
图 3 有源电力滤波器仿真系统结构图 4. 2 谐波提取模块
谐波提取模块如图 4所示。 在仿真模型中, 该模块完成谐波和无功电流 的提取。模块输入量分别为: 三相电源电压信号 中 ea、电压相位、三相负载电流信号和直流侧电压 检测信号, 电压信号经 PLL 锁相环后输出和 a相 同相的 sin t 、cos t 信号, 和电流信号一起送给 S 函数, 作为 S函数的输入。本文中 S 函数采取 m