并联型有源滤波器的原理和simulink仿真

d-q坐标变换检测法是在d—q-O坐标变换的理论基础上简化而来，d—q一0变 换(也称Park变换)的实质就是将静止的abc坐标系变成按顺时针方向旋转的d—q 一0坐标系。其旋转角速度为abc三相电流中的基波角频率。经d—q一0变换后， abc坐标系下的三相对称正序基波电流、 电压分量转换为在d—q一0坐标系下的直 流分量。而其余需要补偿的谐波在d—q一0坐标系则呈现交流分量，这为谐波检 测和补偿分量分离提供了方便。 设三相电压为
图2-1 2.2电路结构和控制原理 并联型APF主要由两大部分组成，谐波及无功电流检测电路和补偿电流发生 电路。而补偿电流发生电路由补偿电流控制电路、驱动隔离电路和主电路3 个部 分构成。 电路结构如图2-2所示
图2-2 2.2.1 APF 谐波和无功电流检测方法 准确、实时地检测出电网中瞬态变化的畸变电流是APF进行精确补偿的关键。 谐波电流检测方法主要有以下几种: 模拟带通滤波器( 或陷波器) 检测法、 基于 频域分析的快速傅里叶变换FFT( Fast Fourier Transformation) 检测法、基于 现代控制理论的检测法、瞬时波形比较法、自适应检测法和基于瞬时无功功率理 论的检测法。 其中, 常用的是基于瞬时无功功率理论的检测法, 目前, 该方法在 三相APF 的电流检测方法中占主导地位。
图 4-2 低通滤波后的 dq0 坐标下的电压 Ud 、Uq 和电流 Id、Iq。
图 4-3 上图中，第一行是负载电流，第二行是基波有功分量，第三行是应当补偿的 电流量。
五、参考文献
[1] 肖湘宁,徐永海.电能质量问题剖析[J].电网技术,2001, 25(3):66-69。 [2] 严干贵,姜齐荣,黄民聪.未来的用户电力技术[J].电力系统自动 化,2002(1):62-69。 [3] 姜齐荣,赵东元,陈建业.有源电力滤波器——结构·原理·控制[M].北京: 科学出版社,2005:28-37。 [4] 王兆安,杨君,刘进军,王跃.谐波抑制和无功功率补偿[M].北京:机械工业出 版社,2006,第二版:40-49。 [5] 李增国,丁祖军,梅军. 基于 d—q 坐标的谐波与无功电流检测方法及仿真分 析.电力自动化设备,2009(71)。
三、simulink仿真
3.1 逆变主电路
图 3-1 上下桥壁互补导通，discrete PWM Generator 输入为调制波，幅值不要超 过 1 。输出为六个 IGBT 的出发脉冲。直流侧接一电容，等效为电压源。三个桥 壁分别连接 ABC 三相。 3.2 信号检测和滤波模块
图 3-2 Discrete Virtual PLL 可以提供信号的角频率 2*pi*50，mydq0 模块是将测 量得到的三相电压和电流信号转换到 dq0 坐标系下， 然后再将 dq0 坐标下的电压 电流经过低通滤波器，只留下 dq0 坐标下的直流分量。 利用示波器观察可知， 测量模块 Three Phase V-I measurement 提供的电流， 观察主电路的 ABC 三相电压，一定要保证是正序电压源。 3.3 基波有功电流的提取
二、并联型的工有缘滤波器的工作作原理
2.1基本思想 根据不同的标准，有源滤波器有不同的分类。按系统构成可以分为并联型有 源滤波器、串联型有源滤波器、串并联混合型有源滤波器；按PwM逆变电路直流 侧电源的性质可以分为电压型有源滤波器和电流型有源滤波器。 我着重介绍一下 并联型有源滤波器的原理。 如图2-1所示，这种装置相当于一生与之相反的谐波电流，从而抵消线路上的谐波电流。通过 不同的控制作用可以对谐波、无功及负序分量进行补偿，功能很多，连接也很方 便。
ua U m sin wt 2 ) 3 2 uc U m sin( wt ) 3 ub U m sin( wt
则变换到 d-q-0 坐标下得到：
cos wt id 2 iq 3 sin wt i 0 1 2 2 2 ) cos( wt ) 3 3 ia 2 2 sin( wt ) sin( wt ) ib 3 3 ic 1 1 2 2 cos( wt
i p dq
uq iq ud id ud 2 2 u u d q uq iq ud id 2 uq 2 u u q d
将三相电压与电流分别通过dq0变换后经过低通滤波器滤除其交流分量后所得 到的直流分量通过计算，再经过d—q反变换即可得到基波正序有功电流。同时也 可得到基波正序无功电流。 这样通过d—q算法就可以实现谐波与无功电流的检测。 2.2.2APF 补偿电流控制方法 补偿电流的控制方法是实现APF 功能的核心环节, 它通过产生开关器件的 驱动脉冲控制APF 的行为, 从而实现对谐波和无功电流的动态补偿。现阶段APF
一、引言
随着电力电子技术的飞速发展，一方面由电力电子技术给现代化信息时代中 工业、商业和居民等带来方便、高效巨大利益的同时，它的非线性工作特性对供 电系统的电能质量造成了严重污染。另一方面，现代化工业、商业和居民电能用 户对电力系统的供电电能质量提出了更严格的要求。 近年来出现的用户电力技术 概念就表明了信息时代电力用户已经明确提出了对电能质量的要求， 因而对改善 电能质量的研究己是刻不容缓。 有源电力滤波器APF(Active Power Filter) 作为一种理想的谐波无功补偿 装置, 能够对频率和幅值均发生变化的谐波和无功进行补偿, 弥补了传统无源 电力滤波器的不足, 具有比无源电力滤波器更好的补偿性能, 因而得到了迅速 的发展。
此时基波分量变成了 d-q-0 坐标下的直流分量，谐波分量则是交流分量。此 时经过一个低通滤波器则可方便地滤除谐波分量，只留下与基波对应的直流量。 有源滤波器的目的不仅是为了消除谐波电流，还要消除基波无功分量。因此 仅仅得到基波分量还不够，最好得到基波电流的有功分量。 为了得到有功分量，必须知道电压和电流的相角关系。需要对电压电流同时 进行 dq0 变换。可以得到基波有功电流在 d-q-0 坐标下的直流量。如下式所示：
采用的控制方法有三角波比较控制、滞环比较控制、空间电压矢量脉宽调 SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation) 控制、单周控制、无差拍控制 及预测控制等。目前, 常用到的控制方法是三角波比较控制、滞环比较控制和 SVPWM控制。 对于电压型APF, 控制电路除了要使APF 输出端的补偿电流跟踪指令电流的 变化外, 还需使主电路直流侧电压保持稳定。 在APF 实际运行时, 很难把直流侧 电容电压维持在某一给定值。 实际上, 保持直流侧电容电压稳定, 只需对主电路 进行适当的控制即可实现, 这就是比例积分( PI) 调节控制法。目前, 常用的PI 调节控制法, 是将检测到的电容电压实际值与给定的参考电压值相减之差通过 PI 调节器得到调节信号, 并将其作为实际的补偿电流指令值叠加到原检测电路 中的电流指令信号上。该指令值是保证直流电压恒定的电流指令值, 用来对APF 的损耗进行补偿。由于APF 的损耗是作为瞬时实功率分量考虑的, 因此, PI 调 节后得到的电流指令值, 叠加到瞬时有功电流经d - q 变换后的直流分量上, 经 运算后, 原检测电路输出的电流指令信号中包含一定的基波有功电流分量, 使 APF 直流侧与交流侧交换能量, 从而将直流侧电容电压调至给定的参考值。
图 3-3 上面模块可得到三相基波有功电流分量。 3.4 补偿电流滞环控制
图 3-4
将要负载电流和基波有功电流相减得到需要补偿的电流信号，给定的补偿 电流信号和实际补偿电流进行滞环比较得到 PWM 脉冲信号，控制逆变模块。
四、仿真结果
图 4-1 最终仿真结果 图 4-1 中，第一行为非线性负载电流，第二行为实际的补偿电流，第三行为 补偿之后的电流。总体而言，补偿效果还可以。由于计算时间的延时，产生了毛 刺。
并联有源滤波器的原理及仿真
王管建 16009007
摘要
本文首先对并联型有源滤波器的工作原理进行了介绍， 接着对并联 APF 的组 成和具体结构进行了说明。根据理论分析，利用 matlab simulink 仿真功能，搭 建仿真电路模块进行仿真，全波整流作为非线性负载，利用滞环比较控制方法， 最终实现了对负载电流的有效地补偿。