三相三线制并联有源电力滤波器仿真分析

三相三线制并联有源电力滤波器仿真分析
三相三线制并联有源电力滤波器仿真分析

三相三线制并联有源电力滤波器仿真分析摘要:本文介绍了有源电力滤波器基本原理、基于瞬时无功功率理论的ip-iq谐波电流检测方法,依据该谐波检测方法构建了三相三线制并联有源电力滤波器,进行了matlab仿真实验,仿真结果验证了该滤波装置谐波检测的准确性及装置的良好谐波治理性能。

关键词:有源电力滤波器;谐波;matlab仿真

0.引言

20世纪80年代以来,随着电力电子技术的发展,非线性电力电子器件和装置在现代工业中得到广泛应用,使电力系统的非线性负荷明显增加,导致谐波危害日益严重,谐波治理刻不容缓[1-3]。电力系统谐波抑制措施主要有三种[4]:

受端治理:即从受到谐波影响的设备或系统出发,提高它们抗谐波干扰能力。

主动治理:即从谐波源本身出发,使谐波源不产生谐波或降低谐波源产生的谐波。

被动治理:即外加滤波器,阻碍谐波源产生的谐波注入电网,或者阻碍电力系统的谐波流入负载端。

被动治理谐波的措施:

1.采用无源滤波器ppf(passive power filter,ppf,pf)或称为lc滤波器。lc滤波器[1-6]由电容元件、电感元件和电阻元件按照一定参数配置一定的拓扑结构连接而成的滤波装置。lc滤波器是

有源电力滤波器的应用及效果.

有源电力滤波器的应用 所在学院:信息科学与工程学院 专业班级: 学生姓名: 学生学号: 指导教师:

有源电力滤波器的应用 上学期我们学习了《电力电子技术》这门课,通过这门课的学习我了解到:以非线性负载为主产生的谐波会对电力系统形成很大的危害,而传统的电力电子装置本身就是产生谐波的主要污染源。要想抑制电力电子装置和其它谐波源造成的电力系统谐波,基本思路有两条:一是装设补偿装置,设法补偿其产生的谐波;而是对电力电子装置本身进行改进,使其不产生谐波,同时也不消耗无功功率,或者根据需要能对其功率因数进行控制,即采用高功率因数变流器。 装设LC 调谐滤波器是传统的补偿谐波的主要手段。LC 调谐滤波器虽然存在很多缺陷,但其结构简单,既可补偿谐波,又可补偿无功,一直被广泛应用与电力系统中谐波和无功功率补偿。目前的趋势是采用先进的电力电子装置进行谐波补偿,这就是有源电力滤波器(APF )。与LC 无源滤波器相比,有源滤波器具有明显的优越性能,能对变化的谐波进行迅速的动态跟踪补偿,而且补偿特性不受电网频率和阻抗的影响。有源电力滤波器的变流电路可以分为电压型和电流型。从与补偿对象的连接方式看,有源电力滤波器又可分为并联型和串联型。电压型和并联型在实际中应用较广。 本学期做了一个谐波的产生和抑制的实验,其中谐波是由三相桥式整流电路这一非线性负载产生的,在实验中采用了两种抑制谐波的方法,一种是并联无功补偿电容器和LC 滤波器,另一种是并联一个有源电力滤波器。目标是经过这两次滤波,使谐波电流的畸变率降到5%左右。 有源电力滤波器基本原理如下图1所示。设负载电流为l i ,谐波检测器从负载电流中检测出谐波电流h i ,令指令电流*c h i i =-,补偿电流控制算法控制逆变 器产生补偿电流*c c i i =,注入母线,抵消负载电流中的谐波,达到抑制谐波电流流向电源的目的。系统由四个主要部分组成有源滤波主电路、外围驱动板、谐波检测器 、DSP 器件。

有源电力滤波器设计

1 引言 近年来,公用电网受到谐波电流和谐波电压的严重污染,而电力电子装置是其主要的谐波污染源。随着电力电子装置的日益广泛应用,电网中的谐波污染也日益严重,谐波污染影响到供电质量和用户使用的安全性,因此电网谐波污染的治理越来越受到关注。 滤波器在本质上是一种频率选择电路,通常用幅频响应和相位响应来表征一个滤波电路的特性。理想滤波电路在通带内应具有零衰减的幅频响应和线性的相位响应,而在阻带内应具有无限大的幅度衰减。按照通带和阻带的相互位置不同,滤波器可分为低通、高通、带通、带阻、全通5类。有源滤波器采用有源器件需要使用电源,加上功耗较大且集成运放的带宽有限,因此目前有源滤波电路的工作频率难以做得很高,一般不能用于高频场合。但总的来讲有源滤波器在低频(低于1MHz)场合中使用有较无源滤波器更优的性能,因而目前在音频处理、工业测控等领域广泛应用。有源电力滤波器是一种用于动态抑制谐波、补偿无功功率的新型电力电子装置,能对大小和频率都变化的谐波及无功功率进行补偿。和传统的无源滤波器相比,有以下几点突出的优点: (1)对各次谐波和分数谐波均能有效地抑制,且可提高功率因数; (2)系统阻抗和频率发生波动时,不会影响补偿效果。并能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿,且补偿特性不受电网阻抗的影响; (3)不会产生谐振现象,且能抑制由于外电路的谐振产生的谐波电流的变化; (4)用一台装置就可以实现对各次谐波和基波无功功率的补偿; (5)不存在过载问题,即当系统中谐波较大时,装置仍可运行,无需断开。 由以上可看出,它克服了传统的无源滤波器的缺点,具有良好的调节性能,因而有很大的发展前途。

并联型混合有源滤波器的研究

并联混合型有源电力滤波器的研究随着电力电子装置的大量使用,电力系统的谐波和不对称问题日益严重,由谐波引起的各种故障和事故也不断发生。因此,需要对电网谐波采取有效的抑制措施。通常使用传统LC无源滤波器来控制电力系统中的谐波,但无源滤波器 有以下几个缺点:(1)电源及线路的阻抗影响补偿特性;(2)电源端的阻抗和无源滤波器会产生谐振,导致某些谐波放大;(3)只能补偿一定频率的谐波。电力有源滤波器可以减少上述缺点,但其初期投资运行费用较高,这主要由于它采用响应较快的PWM变流器。目前,谐波抑制的一个重要趋势是采用有源电力滤波器( Active PowerFilter,APF)。APF 是一种可以动态地抑制谐波和补偿无功的电力电子装置,对大小和频率都变化的谐波和无功进行补偿,其应用可克服LC 滤波器等传统的谐波抑制和无功补偿方法的缺点。 并联混合型有源电力滤波器(APF)由两大部分组成:指令电流运算电路和补偿电流发生电路。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电流分量,因此也可称为谐波电流检测电路。而补偿电流发生电路又包括电流跟踪电路、驱动电路和主电路三部分。并联混合型有源电力滤波器(APF)的基本原理是:由无源滤波器滤除负载中大部分的谐波,同时将负载和无源滤波器看成一个补偿对象,使用有源滤波器进行动态补偿,有源滤波器检测补偿对象的电压和电流。经指令电流运算电路计算得出指令电流的补偿信号,该信号经补偿电流发生电路放大,得出补偿电流。补偿电流与负载电流要补偿的谐波电流抵消,最终得到期望的电源电流。APF 系统的原理如图1 所示。ua是电压us中的a 相电压,负载为谐波源,产生谐波并消耗无功,Udc为APF 直流侧电容的电压,iL、is分别为负载侧、网侧的a 相待检测电流,ic为有源滤波器a相的补偿电流。 APF 检测补偿对象的电压和电流,计算出补放大,得出补偿电流,补偿电流与负载电流中要补偿的谐波电流抵消,最终得到期望的电源电流。

APF有源电力滤波器解读

有源电力滤波器 有源电力滤波器(APF:Active power filter)是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置,它能够对不同大小和频率的谐波进行快速跟踪补偿,之所以称为有源,是相对于无源LC滤波器,只能被动吸收固定频率与大小的谐波而言,APF可以通过采样负载电流并进行各次谐波和无功的分离,控制并主动输出电流的大小、频率和相位,并且快速响应,抵销负载中相应电流,实现了动态跟踪补偿,而且可以既补谐波又补无功和不平衡。 中文名有源电力滤波器 所属学科物理 外文名 Active power 所属领域电学 filter 英文简称 APF 种类 并联型和串联型

目录 1、概述 2、理论基础 3、工作原理 4、标准 5、三电平 ?技术优势 ?滤波器 ?基本应用 ?主要应用场合 ?其他 ?优势 6、性能说明 7、配件选型 1、概述 三相电路瞬时无功功率理论是APF发展的主要APF;APF有并联型和串联型两种,前者用的多;并联有源滤波器主要是治理电流谐波,串联有源滤波器主要是治理电压谐波等引起的问题。 2、理论基础 有源滤波器同无源滤波器比较,治理效果好,主要可以同时滤除多次及高次谐波,不会引起谐振,但是价位相对高!实际应用安全系数很低,国际普遍做法是以变压器升压,来保证可靠性,国家相关部

门也要求以变压器升压的形式和有源滤波器结合,治理高压谐波! 3、工作原理 Satons有源电力滤波器通过电流互感器检测负载电流,并通过内部DSP计算,提取出负载电流中的 谐波成分,然后通过PWM信号发送给内部IGBT,控制逆变器产生一个和负载谐波电流大小相等,方向相反的谐波电流注入到电网中,达到滤波的目的。 指令电流检测电路的功能主要是从负载电流中分离出谐波电流分量和基波无功电流,然后将其反极性作用后发生补偿电流的指令信号。电流跟踪控制电路的功能是根据主电路产生的补偿电流,计算出主电路各开关器件的触发脉冲,此脉冲经驱动电路后作用于主电路。 这样电源电流中只含有基波的有功分量,从而达到消除谐波与进行无功补偿的目的。根据同样的原理,电力有源滤波器还能对不对称三相电路的负序电流分量进行补偿。 有源电力滤波器的主电路一般由PWM逆变器构成。根据逆变器直流侧储能元件的不同,可分为电压型有源滤波器(储能元件为电容)和电流型有源滤波器(储能元件为电感)。电压型有源滤波器在工作时需对直流侧电容电压控制,使直流侧电压维持不变,因而逆变器交流

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)。对应于图4中的t0~t1时间段。 当电流增大到ica*+δ时(其中ica*为指令电流,δ为滞环宽度),在如前所述的滞环控制方式下,使得电路状态转换到图3(b),即S4关断,电流流经S1的反并二极管给电容C1充电,同时电流ica下降(dica/dt<0)。相对应于图4中的t1~t2时间段。 图4 滞环控制PWM调制器的工作状态 同样的道理可以分析ica<0的情况。通过整个电路工作情况分析,得出在滞环PWM 调制电路的控制下,通过半桥变换器上下桥臂开关管的开通和关断,可使得其产生的电流在一个差带宽度为2δ的范围内跟踪指令电流的变化。 当有源滤波器的主电路采用电容中点式拓扑时,A,B,C三相的滞环控制脉冲是相对独立的。其他两相的工作情况与此相同。 2 滤波电感对补偿精度的影响 非线性负载为三相不控整流桥带电阻负载,非线性负载交流侧电流iLa及其基波分量如图5所示(以下单相分析均以A相为例)。指令电流和实际补偿电流如图6所示。当指令电流变化相对平缓时(如从π/2到5π/6段),电流跟踪效果好,此时,网侧电流波形较好。而当指令电流变化很快时(从π/6开始的一小段),电流跟踪误差很大;这样会造成补偿后网侧电流的尖刺。使网侧电流补偿精度较低。

有源电力滤波器品牌排行

有源电力滤波器(APF)品牌排行 当前,市场上生产有源电力滤波器的厂家很多,各个品牌参差不齐,且国家标准未正式出台,所以只能挑选出一些市场上一些主流的APF品牌,从质量、稳定性各方面介绍一下当前市场上主流有源电力滤波器品牌的市场情况: 合资主流品牌:霍尼韦尔、GE、诺基亚、ABB、施耐德、 传统的电气行业的几大合资品牌从稳定性、可靠性来说都依然是值得可靠信赖,但是技术参数比得上国内品牌,国内品牌因为竞争的缘故一味追求性能参数,产品稳定性大打折扣,合资品牌的价格都相对较高,一般市场标价达2000~4000元/A。传统的合资品牌西门子貌似还没有APF。 国产一线品牌:南京亚派麦克斯韦电气深圳盛弘上海思源赛博电气深圳英纳仕追日电气........数百家品牌 估计国内生产APF的厂家有上百家,以上品牌都是最近2年广告比较多的品牌,推广力度比较大而已。但是参差不齐。国产品牌的通病就是质量不稳定,国产品牌没有7年以上的应用案例,价格也不一定便宜,国产品牌的价格一般是合资的50%~100%。有源电力滤波器的核心器件比如IGBT、电容器、CPU等国内电子元件技术都不稳定,所以国内生产APF 的厂家大多依靠进口国外品牌的核心元器件,然后再在国内组装,所以成本总体也不低,主要是人工成本较低。另外国产有源电力滤波器的通病就是并联技术,IGBT并联技术还不过关。但是未来的趋势肯定是核心器件国产化后,国内APF厂家的价格也许才会真正降到很低。 另外,有源电力滤波器出来10年左右,市场上有部分打着国外欧美公司品牌(如意大利、美国)的旗号,游龙混杂,有些品牌名字看着大气,实际上是国内生产的,满足国内市场扬眉崇外的心理,所以要注意辨别。

串联和并联电力滤波器的基本原理

串联和并联电力滤波器的基本原理 谐波是交流系统中的概念,而纹波是针对直流系统来讲的,二者有区别,更有联系。交流滤波,是希望滤除工频(基波)分量以外的所有谐波分量,保证电源的正弦性。交流系统的电流畸变主要是由非线性负载引起的。而直流滤波,是希望滤除负载中直流分量以外的所有纹(谐)波分量,这些纹(谐)波分量主要是由直流电(压)源中的纹波电压分量在负载中引起的。直流系统中的纹波分量也是由各次谐波分量构成的。交流系统和直流系统中抑制谐波的目的是相同的:抑制不希望在电源或负载中出现的谐波分量。直流有源电力滤波器(DCAPF)与交流有源电力滤波器,都是采用主动的而不是被动的方法或手段去吸收或消除谐(纹)波。因而直流有源电力滤波器和交流有源电力滤波器的工作原理是相同或相近的。但是,由于作用的对象不同,直流有源电力滤波器也有自己的特点。与交流有源电力滤波器相似,按照其与直流负载的联结方式,直流有源电力滤波器也可分为串联直流有源电力滤波器和并联直流有源电力滤波器。串联直流有源电力滤波器的工作原理是:检测整流器经平波电抗器(无源滤波器)后的输出电压,通过低通滤波器将纹波电压分离出来,用此信号控制直流有源电力滤波器的输出电压,并使与的大小相等,相位相反,从而达到显著减小直流负载中纹波电流的目的。直流有源电力滤波器相当于电压控制电压源(VCVS)的逆变器。采用串联直流有源电力滤波器时,可以不必串联平波电抗器。并联直流有源电力滤波器的工作原理是:检测平波电抗器(无源滤波器)的输出电流Id+ih,通过低通

滤波器将纹波电流ih分离出来,用此信号控制直流有源电力滤波器的输出电流iah,使ih与iah的大小相等,相位相同,从而使直流负载上的纹波电流分流,达到减小直流负载中纹波电流的目的。直流有源电力滤波器相当于电流控制电流源(CCCS)的逆变器。也可以检测整流器经平波电抗器后的输出电压,通过低通滤波器将纹波电压分离出来,用此信号控制直流有源电力滤波器的输出电流iah,使直流负载上的纹波电流分流,同样可以达到降低直流负载中纹波电流的目的。虽然直流有源电力滤波器在理论上不能彻底消除负载端的纹波电流,但可以使其大幅度地衰减。这时,直流有源电力滤波器相当于电压控制电流源(VCCS)的逆变器。串联直流有源电力滤波器所抑制的是纹波电压,它通过全额负载电流。当负载电流较大时,直流有源电力滤波器必须采用多个器件并联运行,损耗也比较大,这是它的缺点。串联直流有源电力滤波器比较适合于对纹波电流要求低的电感量较小或纯阻性的直流负载。并联直流有源电力滤波器通过使谐波源产生的谐波电流分流达到抑制直流负载纹波的目的,它承受全额负载电压。而在稳定/脉冲直流电源中,这个电压不会太高,器件完全能够承受。当纹波电流比较低时,用较小的纹波电流来控制直流有源电力滤波器比较困难,可采用检测纹波电压来控制直流有源电力滤波器,使纹波电流分流。并联直流有源电力滤波器比较适合于电感量较大直流负载。

有源电力滤波器的基本原理和分类

有源电力滤波器的基本原理和分类 1.有源电力滤波器的基本原理 有源电力滤波器系统主要由两大部分组成,即指令电流检测电路和补偿电流发生电路。 图1 有源滤波器示意图 指令电流检测电路的功能主要是从负载电流中分离出谐波电流分量和基波无功电流,然后将其反极性作用后发生补偿电流的指令信号。电流跟踪控制电路的功能是根据主电路产生的补偿电流,计算出主电路各开关器件的触发脉冲,此脉冲经驱动电路后作用于主电路。这样电源电流中只含有基波的有功分量,从而达到消除谐波与进行无功补偿的目的。根据同样的原理,电力有源滤波器还能对不对称三相电路的负序电流分量进行补偿。 有源电力滤波器的主电路一般由PWM逆变器构成。根据逆变器直流侧储能元件的不同,可分为电压型有源滤波器(储能元件为电容)和电流型有源滤波器(储能元件为电感)。电压型有源滤波器在工作时需对直流侧电容电压控制,使直流侧电压维持不变,因而逆变器交流侧输出为PWM电压波。而电流型有源滤波器在工作时需对直流侧电感电流进行控制,使直流侧电流维持不变,因而逆变器交流侧输出为PWM电流波。电压型有源滤波器的优点是损耗较少,效率高,是目前国外绝大多数有源滤波器采用的主电路结构。电流型有源滤波器由于电流侧电感上始终有电流流过,该电流在电感阻上将产生较大损耗,所以目前较少采用。 图2 电压型有源滤波器

图3 电流型有源滤波器 2.有源电力滤波器的分类 按电路拓朴结构分类,电力有源滤波器可分为并联型、串联型、串-并联型和混合型。 图4 并联型有源滤波器 图4所示为并联型有源滤波器的基本结构。它主要适用于电流源型非线性负载的谐波电流抵消、无功补偿以及平衡三相系统中的不平衡电流等。目前并联型有源滤波器在技术上已较成熟,它也是当前应用最为广泛的一种有源滤波器拓补结构。 图5 串联型有源滤波器 图5所示为串联型有源滤波器的基本结构。它通过一个匹配变压器将有源滤波器串联于电源和负载之间,以消除电压谐波,平衡或调整负载的端电压。与并联型有源滤波器相比,串联型有源滤波器损耗较大,且各种保护电路也较复杂,因此,很少研究单独使用的串联型有源滤波器,而大多数将它作为混合型有源滤波器的一部分予以研究。 图6 混合型有源滤波器 图6所示为混合型有源滤波器的基本结构。它是在串联型有源滤波器的基础上使用一些

有源电力滤波器与电气控制原理图

有源电力滤波器与电气控制原理图 电气原理图是根据电气动作原理绘制的,用于分析动作原理和排除故障.而不考虑电气设备的电气元器件的实际结构和安装情况。通过电路图,可详细地了解电路、设备电气控制系统的组成和工作原理,并可在测试和寻找故障时提供足够的信息,同时电气原理图也是编制接线图的重要依据。 1.电气原理图绘制 电气原理图中,一般分为主电路和控制电路两部分分别画出。主电路是设备的驱动电路,在控制电路的控制下,根据控制要求由电源向用电设备供电。主电路通常用粗实线画在图样的左侧(或上方)。在电力拖动线路中,实际上就是设备的电源、电动机及其他用电设备等。 控制和辅助电路一般用细实线画在图样的右侧(或下方)。控制电路、辅助电路要分开画。控制电路画出控制主电路工作的控制电器的动作顺序,画出用作其他控制要求的控制电器的动作顺序。控制电路由接触器和继电器的线圈以及各种电器的常开、常闭触点组合构成控制逻辑,实现需要的控制功能。辅助电路是指设备中的信号和照明部分。主电路、控制电路和其他辅助的信号照明电路,保护电路一起构成电控系统。 电气原理图中的电路可以水平布置或者垂直布置。当水平布置时,电源线垂直画,其他电路水平画,控制电路中的耗能元件画在电路的最右端。当垂直布置时,电源线水平画,其他电路垂直画,控制电路中的耗能元件画在电路的最下端。

2.元器件绘制和器件状态 电气原理图中的所有电气元器件不画出实际外形图,而采用国家标准规定的图形符号和文字符号表示。同一电器的各个部件可根据需要画在不同的地方,但必须用相同的文字符号标注。电气原理图中所有元器件的可动部分通常表示在电器非激励或不工作的状态和位置。其中,常见的元器件状态有: (1)继电器和接触器的线圈处在非激励状态。 (2)断路器和隔离开关在断开位置。 有源电力滤波器/APF的系统结构 Dow有源电力滤波器/APF的主电路功能框图如图1所示,Dow 3L结构框图如图2所示,Dow4L 结构框图如图3所示。 图1 Dow3L/4L主电路功能图

并联型有源电力滤波器的Matlab仿真

并联型有源电力滤波器的Matlab仿真 摘要:并联混合型有源电力滤波器能够很好地实现谐波抑制和无功补偿。给出了有源电力滤波器系统结构,建立了数学模型, 还给出了主电路直流侧电容电压值和交流侧电感值的选取方法,利用Matlab\simulink\PsB构建了仿真模型,得到了仿真结果。 关键词:有源电力滤波器;直流侧电容电压;交流测电感:Matlab/simulink Abstract :Shunt hybrid active power filter can commendably achieve hannonic suppression and reactive power compensation.In this paper,it shows the APF’s architecture and sets up amathematical model.And the way ofchoosing the value ofthe main circuit’s voltage ripple of DC side capacitor and the AC side inductance is proposed.MA TLAB\Simulink\PSB is used to build simulation model and then get the simulation results. Key words:APF;V oltage of DC side capacitor;AC side inductance;Matlab/Simulink 引言: 在谐波含量较高的配电网中,对无功功率补偿有着严格的要求。目前电力系统中无功补偿大都是采用机械开关控制的电容器投切,谐波补偿大多采用无源滤波装置,负序治理的工作尚未大范围开展。另外,无功补偿、负序电流补偿、谐波抑制是分别单独地进行的。由于不是按统一的数学模型综合地进行治理,常出现顾此失彼的情况,且响应速度慢、经济性差、安装维护工作量大,妨碍了电网污染治理工作的顺利进行。 1.有源滤波器的发展历史 有源滤波器的思想最早出现于1969年B.M.Bird和J.F.Marsh的论文中。文中描述了通过向交流电源注入三次谐波电流以减少电源中的谐波,改善电源电流波形的新方法。文中所述的方法认为是有源滤波器思想的诞生。1971年日本的H.Sasaki和T.Machida完整描述了有源电力滤波器的基本原理。1976年美国西屋电气公司的L.Gyugyi和E.C.Strycula提出了采用脉冲宽度调制控制的有源电力滤波器,确定了主电路的基本拓扑结构和控制方法,从原理上阐明了有源电力滤波器是一理想的谐波电流发生器,并讨论了实现方法和相应的控制原理,奠定了有源电力滤波器的基础。然而,在20世纪70年代由于缺少大功率可关断器件,有源电力滤波器除了少数的实验室研究外,几乎没有任何进展。进入20世纪80年代以来,新型半导体器件的出现,PWM技术的发展,尤其是1983年日本的H.Akagi等人提出了“三相电路瞬时无功功率理论”,以该理论为基础的谐波和无功电流检测方法在三相有源电力滤波器中得到了成功的应用,极大促进了有源电力滤波器的发展。 与无源滤波器相比,有源滤波器是一种主动型的补偿装置,具有较好的动态性能。有源电力滤波器是近年来电力电子领域的热门话题。目前,有源滤波技术已在日本、美国等少数工业发达国家得到应用,有工业装置投入运行,其装置容量最高可达60MV.A;国内对有源电力滤波器的研究尚处于起步阶段。 2、APF的基本工作原理 有源电力滤波器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

有源电力滤波器的要求及应用

有源电力滤波器通过电流互感器检测负载电流,并通过内部DSP计算,提取出负载电流中的谐波成分,然后通过PWM信号发送给内部IGBT,控制逆变器产生一个和负载谐波电流大小相等,方向相反的谐波电流注入到电网中,达到滤波的目的。 有源电力滤波器是现代化工业的主要副产品之一,随着工业现代化程度提高,谐波的问题日益严重。这主要是现代化工业的用电方式发生了巨大的变化。传统工业的主要电力负荷是电动机和电阻加热设备,这些设备是线性负载,不会产生谐波电流。而现代化工业的主要电力负荷是电流变换器,包括变频器、中频炉、直流电机驱动器等,这些负荷都是非线性负载,工作时产生严重的谐波。 另一方面,大部分配电系统,包括变压器、开关柜、继电保护器、无功补偿柜等,都是按照线性负荷设计的。当实际负荷为非线性负荷时,对配电系统造成严重的危害,轻则导致系统过热、不稳定,重则损坏配电设备。 解决这个问题的最好方法就是在非线性设备的电源输入端安装有源电力滤波器,将非线性负荷转变为线性负荷,谐波导致的各种问题便迎刃而解。这种安装在设备的电源输入端的谐波滤波器就是设备级谐波滤波器。 有源电力滤波器的特殊要求 设备级有源电力滤波器与母线级谐波滤波器有不同的要求。设备级有源电力滤波器与所配的设备一同构成一个完整的系统,谐波滤波器的作用是保证这个系统的谐波电流发射满足特定的标准,例如,GB17625标准。因此,设备级有源电力滤波器要满足一下四个方面的要求: 1)不与系统发生不良作用:配装了谐波滤波器的设备可能在任何系统中使用,而任何情况下都不允许与系统之间发生不良的相互作用,例如与系统发生谐振,放大谐波电流。 2)不会导致超前的功率因数:设备配装了滤波器,功率因数要达到0.98以上,不允许出现过大的感性无功功率和容性无功功率; 3)滤波效果确定:滤波器与特定设备组合起来后,谐波电流发射必须是确定的,与系统的参数无关,这样才能确保设备安装了滤波器后,满足特定的要求;

并联型有源电力滤波器(APF)原理简介及仿真验证

并联型有源电力滤波器(APF)原理简介及仿真验证 概述: 有源电力滤波器(APF)是一种用于动态谐波抑制的新型电力电子装置,它能够对不同大小和频率的谐波进行快速跟踪补偿,之所以称为有源,是相对于无源滤波器(L、LC等)只能被动吸收固定频率与大小的谐波而言。APF 可以通过采样负载电流进行各次谐波的分离,控制输出电流的幅值、频率和相位,并且快速响应,抵消系统中的相应谐波电流,从而实现动态谐波治理。 APF的控制原理为采样负载电流(此电流包含基波与谐波),将此电流与锁相环输出的相位信号一起经过坐标变换后生成负载电流的直流分量,直流分量经过低通滤波器将谐波分量滤除成为基波信号,基波信号再与负载电流相减得到真正的谐波信号,再通过电流内环使APF的输出电流跟踪谐波信号,同时通过电压外环使直流侧电压稳定在给定值,进而生成APF所需要注入的谐波电流,该谐波电流与谐波源的电流相互抵消,从而保证电网侧的电流为纯净的基波电流信号,进而完成滤波任务。 正文: 1.电力系统中的谐波是指电流中所含有的频率为基波的整数倍的电量,一般是指对周期性的非正弦电量进行傅里叶

级数分解,其余大于基波频率的电流产生的电量。电力系统中不存在绝对纯净的电流,一般都是基波+谐波,只是谐波的含量不同而已。 2.谐波治理装置一般包含无源滤波器与有源滤波器。无源滤波器指由R,L,C等无源元器件组成的滤波装置,这些滤波装置的优点在于简单易用,缺点在于效果一般,只能用于特定场合,有些无源装置甚至只能针对某一特定电站。有源滤波器一般指并联型有源电力滤波器(APF),这是一种近年来兴起的滤波装置,具备很多优点,例如快速,稳定,可适时补偿。其缺点也是显著的,例如电力电子器件的有限耐压等级与可承受电流等级低导致其容量无法满足大电站需求,另外成本也是制约其发展的一个瓶颈。 3.有源电力滤波器的原理:有源电力滤波器(APF)是一种用于动态抑制谐波的新型电力电子装置,它能对大小和频率都变化的谐波进行抑制,可以克服LC滤波器等传统的谐波抑制设备不能灵活调节的缺点。 基本原理:

三相有源电力滤波器的matlab仿真电路要点

能力拓展训练任务书 学生姓名:专业班级:电气 指导教师:胡红明工作单位:自动化学院 题目: 三相有源电力滤波器的仿真电路 初始条件: VS1-VS3为标准三相正旋电压源,相电压有效值为220V。 要求完成的主要任务: (1)设计出主电路拓扑结构和控制系统原理图; (2)采用MATLAB搭建系统仿真电路,对仿真结果进行分析: a补偿后输入电压与输入电流波形 b非线性负载输入电压与输入电 流波形 c三相APF输入电压与输入电流波形 时间安排: 2012年7月9日至2012年7月13日,历时一周,具体进度安排见 下表 具体时间设计内容 7.9 指导老师就课程设计内容、设计要求、进度安排、评分标准等做具体介 绍;学生确定选题,明确设计要求 7.10 开始查阅资料,完成方案的初步设计 7.11 由指导老师审核系统结构图,学生修改、完善 7.12 撰写课程设计说明书 7.13 上交课程设计说明书,并进行答辩 参考文献: [1]洪乃刚.《电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真》. 北京:机械工业出版社,2006 指导教师签名:年月日

目录 摘要 (1) 1 有源滤波器介绍 (2) 1.1有源滤波器基本原理 (2) 1.2有源滤波器的优点 (2) 1.3有源电力滤波器的分类 (3) 1.4有源滤波器的关键技术 (4) 2有源电力滤波器的控制策略 (4) 2.1滞环比较控制 (4) 2.2三角波比较方式 (5) 3有源电力滤波器的主电路设计 (6) 3.1直流侧电容量的选择 (6) 3.2直流侧电压的选择 (8) 4 MATLAB仿真 (11) 4.1仿真模型图 (11) 4.2仿真结果图 (12) 参考资料 (15)

浅谈有源电力滤波器设计

综述 随着大容量电力电子装置在高压交流电力系统中日益广泛的应用,谐波和无功等问题严重地威胁着系统自身的安全稳定运行。针对10~35kV高压交流电力系统,国内外目前主要采用无源电力滤波器来抑制谐波并补偿无功功率。无源电力滤波器具有诸多的缺陷,难以达到理想的性能。受功率半导体开关器件的约束,有源电力滤波器常规技术方案的应用限制在低压交流电力系统。提出一种基于基波磁通补偿的串联型有源电力滤波器新原理,通过电力电子变换器的控制,使串联变压器对基波呈现很小的一次侧漏阻抗,对谐波呈现很大的励磁阻抗。通过电力电子变换器的控制,变压器一次侧呈现连续无极可调的电抗。借鉴基波磁通补偿理论及磁通可控的可调电抗器原理,根据串并联的对偶特性,本文提出一种新型的基于阻抗可控的并联混合型有源电力滤波器。在电力电子变换器的控制下,变压器对谐波电流呈现近似为零的低阻抗,从而输导电力系统中的谐波电流,同时对基波电流呈现连续无极可调的电抗,与无源电力滤波器相结合,实时补偿系统的无功功率。通过变压器隔离降压,确保该滤波器安全、可靠、稳定地工作。

1 工作原理 1.1 变压器的结构 变压器的结构如图1所示。其一次侧AX与二次侧ax的匝数分别为W1、W2,变比k=W1/W2,一次侧与二次侧的互感为M。一次侧绕组的电阻为r1,自感为L11。变压器采用非晶态合金铁心,为了确保变压器工作在B-H曲线的线性区,铁心开有气隙。利用电压型逆变器向变压器二次侧绕组中注入补偿电流i2且满足i2=-α*∑i1(n)-β*i1(1) 式中:α为谐波补偿系数;∑i1(n)为实时检测的变压器一次侧谐波电流;β为基波补偿系数;i1(1)为实时检测的变压器一次侧基波电流。 1.2 谐波抑制原理 从AX端看,变压器n次谐波电压方程为ù1(n)=(r1+jW n L11)/ì1(n)+jW n Mì2(n) 若α满足谐波补偿条件α=L11/M 则从AX端看,变压器对谐波电流的等效阻抗为Z AX(n)=ù1(n)/ì1(n)=r1通常r1可忽略,因此,在满足谐波补偿条件时,变压器对谐波电流呈现近似为零的低阻抗。谐波等效电路如图2所示。

有源电力滤波器拓扑结构及控制策略

有源电力滤波器拓扑结构及控制策略概述 摘要按照不同的分类方式,对有源滤波器的拓扑结构进行了系统的分类,并指出其各自的优缺点;同时,对有源滤波器的构成和控制策略进行了分析和介绍。此外,还对有源滤波器的设计步骤和参数选型给出了相应的阐述。 关键字有源滤波器;拓扑结构;控制策略;设计步骤 1 主电路拓扑结构分类:从不同的观点出发,有源电力滤波器具有不同的分类标准。 根据接入电网的方式分类:根据接入电网的方式,有源电力滤波器可以分为串联型、并联型和串-并联型三大类。 串联型有源滤波器:串联型有源滤波器经耦合变压器串接入电力系统,如图1所示,其可等效为一个受控电压源,主要是消除电压型谐波以及系统侧电压谐波与电压波动对敏感负载的影响。串联型有源电力滤波器应用在直流系统中时,耦合变压器的系统接入侧很容易出现直流磁饱和问题,所以只在交流系统中采用。与并联型有源电力滤波器相比,由于串联型有源电力滤波器中流过的是正常负荷电流,因此损耗较大;此外,串联型有源电力滤波器的投切、故障后的退出及各种保护也较并联型有源电力滤波器复杂。目前单独使用串联有源电力滤波器的例子较少,研究多集中在其与LC无源滤波器所构成的串联混合型有源电力滤波器上。 1.1.2 并联型有源电力滤波器 并联型有源电力滤波器与系统并联等效为一个受控电流源,如图2所示。有源滤波器向系统注入与谐波电流大小相等方向相反的电流,从而达到滤波的目的。并联型有源电力滤波器主要适用于电流源型感性负载的谐波补偿,技术上已相当成熟,工业上已投入使用的有源电力滤波器多采用此方案。 与串联型有源电力滤波器相比并联型有源电力滤波器通过耦合变压器并入系统,不会对系统运行造成影

有源滤波器仿真

1 引言 电力电子产品广泛应用于工业控制领域,并且用户对电能质量要求越来越高,其中最为突出的是电压质量和谐波问题。因此,如何提高电压质量、治理谐波就成为输配电技术中最为迫切的问题之一。低成本的无源滤波器PF(Passive Filter)是目前普遍采用的补偿方法,但其滤波效果与系统运行参数密切相关,在特定情况下无源滤波器还可能与系统发生谐振。80年代以来,利用功率开关的有源电力滤波器APF(Active Power Filter)的研究越来越引起人们关注。APF是一种用于动态谐波抑制、无功补偿的新型电力电子装置,但是由于电源电压直接加在逆变桥上,其对开关器件电压等级要求较高;当负载谐波电流大时,有源滤波装置的容量也相应较大;对于高于有源滤波器开关频率的谐波也无法通过有源滤波器滤除,因此同时具有较大的补偿容量和较宽的补偿频带较为困难。 将APF与PF相结合,合理分担补偿需求,可使APF容量减小。混合型补偿方案的基本原理就是将常规型APF上承受的基波电压移去,使有源装置只承受谐波电压,从而可显著降低有源装置的容量,充分发挥PF的高耐压、大容量、易实现等特点以及APF所具有的宽谐波抑制范围和自动跟踪等优势。 2 无源滤波器 用于谐波治理的传统方式为并联无源LC滤波器,选定R、L、C的参数,使滤波网络在一定的谐波信号频率处产生谐振,从而达到抑制谐波的目的。无源滤波器主要可以分为两大类:调谐滤波器和高通滤波器。调谐滤波器实际应用较多的是单调谐滤波器,它是利用电感、电容的串联谐振原理构成的。 3 有源滤波器 有源滤波器的基本原理是从补偿对象中检测出谐波电流,由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等而极性相反的补偿电流,从而使电网中只含有基波分量,达到实时补偿电流的目的。如果要求有源滤波器在补偿谐波的同时,还补偿负载的无功,则只要在补偿电流的指令信号中增加与负载电流无功分量反极性的成分即可。这种滤波器可对频率和大小都随时间变化的谐波以及变化的无功功率进行迅速动态跟踪补偿。 (1)谐波检测谐波的测量方法包括采用模拟带通(或带阻)滤波器、基于傅里叶变换的谐波检测分析、基于瞬时无功功率的谐波检测等。在谐波和无功电流的实时检测中运用最多的是基于瞬时无功功率的谐波检测方法。这里采用以瞬时无功理论为基础的p-q运算法来实时检测谐波。p-g运算法的原理框图如图1所示。 图1中,C23=C32T,该方法将三相电路各相电压和电流的瞬时值变换到α-β两相正交的坐标系上,根据定义算出瞬时实功率p、瞬时虚功率q,经低通滤波器LPF得p、q 的直流分量。电网电压波形无畸变时,p为基波有功电流与电压作用所产生,q为基波无功

有源滤波器的概念原理与设计说明

一、基本概念: 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,它能够对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿,之所以称为有源, 顾名思义该装置需要提供电源,其应用可克服LC滤波器等传统的谐波抑制和无功补偿方法的缺点(传统的只能固定补偿),实现了动态跟踪补偿,而且可以既补谐波又补无功;三相电路瞬时无功功率理论是APF发展的主要基础理论;APF有并联型和串联型两种,前者用的多;并联有源滤波器主要是治理电流谐波,串联有源滤波器主要是治理电压谐波等引起的问题。有源滤波器同无源滤波器比较,治理效果好,主要可以同时滤除多次及高次谐波,不会引起谐振,但是价位相对高! 二、基本原理: 有源电力滤波器,是采用现代电力电子技术和基于高速DSP器件的数字信号处理技术制成的新型电力谐波治理专用设备。它由指令电流运算电路和补偿电流发生电路两个主要部分组成。指令电流运算电路实时监视线路中的电流,并将模拟电流信号转换为数字信号`,送入高速数字信号处理器(DSP)对信号进行处理,将谐波与基波分离,并以脉宽调制(PWM)信号形式向补偿电流发生电路送出驱动脉冲,驱动IGBT或IPM功率模块,生成与电网谐波电流幅值相等、极性相反的补偿电流注入电网,对谐波电流进行补偿或抵消,主动消除电力谐波。 三、基本应用: 谐波主要危害: ? 增加电力设施负荷,降低系统功率因数,降低发电、输电及用电设备的有效容量和效率,造成设备浪费、线路浪费和电能损失; ? 引起无功补偿电容器谐振和谐波电流放大,导致电容器组因过电流或过电压而损坏或无法投入运行; ? 产生脉动转矩致使电动机振动,影响产品质量和电机寿命; ? 由于涡流和集肤效应,使电机、变压器、输电线路等产生附加功率损耗而过热,浪费电能并加速绝缘老化; ? 谐波电压以正比于其峰值电压的形式增强了绝缘介质的电场强度,降低设备使用寿命; ? 零序(3的倍数次)谐波电流会导致三相四线系统的中线过载,并在三角形接法的变压器绕组内产生环流,使绕组电流超过额定值,严重时甚至引发事故。 ? 谐波会改变保护继电器的动作特性,引起继电保护设施的误动作,造成继电保护等自动装置工作紊乱;

有源滤波器的基本原理

有源滤波器的基本原理 有源滤波器是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的电力电子装置,它能对大小和频率都变化的谐波,以及变化无功进行补偿。其应用可克服LC滤波器等传统的谐波抑制和无功补偿的缺点。 有源电力滤波器系统主要由两大部分组成,即指令电流检测电路和补偿电流发生电路。 指令电流检测电路的功能主要是从负载电流中分离出谐波电流分量和基波无功电流,然后将其反极性作用后发生补偿电流的指令信号。电流跟踪控制电路的功能是根据主电路产生的补偿电流,计算出主电路各开关器件的触发脉冲,此脉冲经驱动电路后作用于主电路。这样电源电流中只含有基波的有功分量,从而达到消除谐波与进行无功补偿的目的。根据同样的原理,电力有

源滤波器还能对不对称三相电路的负序电流分量进行补偿。 有源电力滤波器的主电路一般由PWM逆变器构成。根据逆变器直流侧储能元件的不同,可分为电压型有源滤波器(储能元件为电容)和电流型有源滤波器(储能元件为电感)。电压型有源滤波器在工作时需对直流侧电容电压控制,使直流侧电压维持不变,因而逆变器交流侧输出为PWM电压波。而电流型有源滤波器在工作时需对直流侧电感电流进行控制,使直流侧电流维持不变,因而逆变器交流侧输出为PWM电流波。电压型有源滤波器的优点是损耗较少,效率高,是目前国内外绝大多数有源滤波器采用的主电路结构。电流型有源滤波器由于电流侧电感上始终有电流流过,该电流在电感内阻上将产生较大损耗,所以目前较少采用。

2.有源电力滤波器的分类 按电路拓朴结构分类,电力有源滤波器可分为并联型、串联型、串-并联型和混合型。 图4所示为并联型有源滤波器的基本结构。它主要适用于电流源型非线性负载的谐波电流抵消、无功补偿以及平衡三相系统中的不平衡电流等。目前并联型有源滤波器在技术上已较成熟,

有源电力滤波器仿真研究(有参考)

0引言 随着电力电子装置的广泛应用,各类非线性负载产生的谐波和无功功率对电网的危害也日益严重。有源电力滤波器APF(ActivePowerFilter)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,在国外已开始应用于实际生产中。 目前,我国对APF的研究和开发尚处于实验阶段,暂时没有大容量的成熟产品投入使用,因此对APF的研究具有十分重要的意义[1]。 1APF工作原理[2-3] APF由2大部分组成:谐波和无功电流检测电路 及补偿电流发生电路(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),APF工作原理示意图如图1所示。前者的作用是检测出负载电流中的谐波和无功电流等分量;后者的作用是根据检测出来的谐波和无功电流等产生相应的补偿电流。其中, 补偿电流控制电路是补偿电流发生电路的核心环 节,负责根据补偿电流指令信号,由控制算法计算得到主电路每相桥臂各功率开关器件的触发脉冲;隔离与驱动电路负责驱动主电路IGBT开关;主电路用来产生补偿电流。与APF并联的高通滤波器HPF(HighPassFilter)能滤除APF所产生的补偿电流中开关频率附近的谐波。 APF的基本工作原理是:谐波无功电流检测电路将负载电流iL中的谐波电流iLh和无功电流iLq分离出来,然后把它们反相并产生出补偿电流ic的调制波信号ic*,亦即指令信号ic*=iLh+iLq。补偿电流控制电路根据ic*的值输出触发脉冲,通过驱动隔离电路驱动主电路的功率开关,使其创建出补偿电流ic,ic要跟踪ic*,故ic≈-ic*,因此 is=iL+ic=iL+ic*=iL-(iLh+iLq)=iLp (1)即电源电流is中只含有基波有功分量iLp,从而达到消除谐波和补偿无功功率的目的。根据此原理,对于三相APF,还能对电流的不对称度和负序电流等进行补偿。另外,作为主电路的PWM变流器,在产生补偿电流时,主要作为逆变器工作,在电网向APF直流侧储能元件充电时作为整流器工作,由于其既能工作在逆变状态又能工作在整流状态,故可称作变流器。 APF控制系统中谐波无功电流的检测和补偿电流控制2部分控制方法的选取是影响APF性能的关键。 2APF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[2-3]: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(FastFourier 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 有源电力滤波器仿真研究 华晓萍,王 奔,孟凌凌,兰金茹,孟庆波 (西南交通大学电气工程学院,四川成都610031) 摘要:叙述了有源电力滤波器APF(ActivePowerFilter)的基本原理,分别介绍了组成APF的谐波和无功电流检测电路、补偿电流发生电路的构成和功能,在此基础上,介绍了常用的APF的谐波和无功电流检测方法、补偿电流控制方法和直流侧电压控制方法。为了验证APF的补偿功能同时加深对其控制方法的认识和理解,用Matlab6.5/Simulink下的SimPowerSystemsBlockset对整个三相并联电压型APF系统进行了仿真研究。仿真结果表明,电压空间矢量脉宽调制SVPWM(SpaceVector PulseWidthModulation)控制的APF能对负载电流中的谐波和无功分量进行快速精确的补偿。 关键词:有源电力滤波器;谐波和无功电流检测;补偿电流控制;Matlab仿真中图分类号:TN713;TM714.3 文献标识码:A 文章编号:1006-6047(2007)01-0042-04收稿日期:2006-03-15;修回日期:2006-07-01 电力自动化设备 ElectricPowerAutomationEquipment Vol.27No.1Jan.2007 第27卷第1期2007年1月 图1APF基本工作原理 Fig.1Principleofactivepowerfilter 负载 驱动隔离电路 补偿电流控制电路 谐波无功电流检测电路 es is RL HPF APF iL ic ic*

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