直接计算法在有源电力滤波器中应用的仿真研究
有源滤波器的研究设计

摘要摘要Matlab的特点以及Matlab /Simulink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。
本文利用瞬时无功功率理论进行有源滤波器的仿真设计。
仿真结果表明基于瞬时无功功率理论设计的有源滤波器能够有效检测出高次谐波分量, 并达到消除谐波和进行无功补偿的目的。
关键词:MATLAB 有源滤波器谐波瞬时无功功率平滑滤 S函数仿真AbstractABSTRACTMatlab/Simulink are the basic methods of power system simulation. Based on the active power filter, modeling and simulation verified the correctness and digital filter algorithm speediness; At the same time, also shows based on instantaneous reactive power theory design of parallel active power filter can be effectively eliminated reactive power compensation and harmonic current.This paper using instantaneous reactive power theory design simulation of active power filter. Simulation results show that based on instantaneous reactive power theory design active filter can effectively detect the high times harmonic component, and can eliminate harmonic and reactive compensation purpose.Keywords: MATLAB Active filter Harmonic Instantaneous reactive power Smoothing filter S functions simulation目录i目录第一章绪论 (1)1.1有源滤波器的现状及发展趋势 (1)1.2有源滤波器 (1)1.2.1 概念 (1)1.2.2主要应用领域 (2)第二章有源滤波器的设计 (5)2.1有源滤波器的设计原理图 (5)2.2有源二阶滤波电路的形式与特点 (5)2.3有源滤波器的设计 (15)第三章硬件部分 (17)3.1有源滤波器的基本原理 (17)3.2技术优势 (17)3.3产品设计及生产遵循的国内国际标准 (18)3.4基本应用 (19)3.5主要发展状况 (20)3.6有源滤波器与无源滤波器性能的比较 (21)3.7有源滤波器的设计步骤 (23)第四章软件部分 (25)4.1MATLAB软件的基本概念 (25)4.2MATLAB的基本功能 (25)4.3MATLAB的应用 (25)4.4发展历程 (26)4.5新版本新功能 (26)4.6MATLAB的特点与优势 (28)第五章有源滤波器的MATLAB仿真 (39)5.1仿真图形 (39)5.2仿真图形分析 (43)ii基于MATLAB有源滤波器的研究设计第六章基于MATLAB有源滤波器的总结 (45)6.1仿真结果分析 (45)6.2本文总结 (45)致谢 (47)参考文献: (48).第一章绪论1第一章绪论1.1有源滤波器的现状及发展趋势近年来,随着由二极管及晶闸管等电力电子器件构成的非线性负载的广泛应用,非线性电流不断增加,导致输电网和配电网的电能质量下降。
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。
三相四线并联型有源电力滤波器的仿真及研究——毕业设计

三相四线并联型有源电力滤波器的仿真及研究摘 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 (2)4. 2. 1低通滤波器构成原理 (3)4.2.2 检测 (5)4.3 PWM信号发生模块的建立 (7)4.4 仿真模型的整体结构 (9)4.5 本章小结 (9)第六章结论及展望 (10)6.1本文的主要研究成果及完成的主要工作 (10)致谢 (11)参考文献 (12)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。
两种单相电路谐波电流检测方法的仿真比较

摘 要: 为 了揭示直接计算法的检测性能 ,特别是它在实际应用 时的检 测性能,建立 了对直接计算
法和参 考方法 进行对 比仿真 的 M T A 模 型 ,并对它们进行 了仿真 比较 。比较 结果表 明:在 理想情 况下, ALB 直接计算法和 参考方法 的检测精度 无明显差别,而直 接计算 法的动态性能优于参考方法 ;在 电源频率变 化而 电源 电压无 畸变 时,直接 计算 法的检 测精度 高于参考方法 ;在 电源频率不变而 电源 电压 畸变 时,直 接计算法 的检测精度低于参考方法 。 关键词:有源 电力滤波器;直接计算法;参考方法;谐波 电流 ;M T A 模 型;检测精度 ALB 中图分类号 :T 9 0 1 文献标识码 :A 文章编号 :10 — 15 2 1 ) 6 05 — 4 M3.2 0 7 3 7 (0 1 O— 0 0 0
电流 幅值 、 基波有功 电流 、谐波 与无功 电流之和 ; P LF
为低通 滤波器 。根 据参 考文 献 [] P 可 确定 为截 6 ,L F 止 频率f= 0 z 阶B t e w r h L F 2 的2 u t r o t P 。 H
图1参考方法的检 测 系统 由单相 的 负载 电流 可 构造 a 两相 电流 : 、
p e ii n r c so
0 引言
有 源 电力 滤 波器 是 一 种 治理 谐 波 和 补 偿 无 功 的 电力 电子装 置 ,而 谐波 电流 检 测 是其 关 键技 术 。 18 9 4年 ,t k g 等提 出 了三 相 电路 瞬时 无功 功 t A a i 率 理 论 ,此 后 这 一理 论 被 不 断完 善 。现 在 ,基 于 三 相 电路 瞬 时无 功 功 率 理 论 的三 相 电路 谐 波 电流 检 测 方法 是 被 证 实具 有 应 用 价 值 ,得 到 公 认 的 较 为 成 熟 的 方法 。而 对 于 单 相 电路 ,还 没 有 一种 成
有源滤波器的仿真分析

2 并联 型 有 源 电力 滤 波 器 的仿 真
分 析
并 联 型有源 电力 滤波 器系统 是一 个复 杂 的非
为指 令 电流 ; I 为 补偿 电流与 复 载 电 流之 和 。并 联 型电力 有源 滤 波器 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 。其 中补偿 电流
33
武汉船 舶职 业技术 学 院学报
系统 往往 需要花 费 大量 的时 间和精力 。仿 真工作 可 以验证 控制 系 统结 构 的正 确性 , 深 对 其 控制 加 规 律 的认 识 和理解 。系统 一些 重要控 制参 数 的仿 真结果 对实 验装 置参数 的选择 具有 一定 的参考 作
补偿 电流发生 电路 的放 大 , 出补偿 电流 , 得 补偿 电
流 与负 载 电流 、 波及无 功 电流抵 消 , 谐 最终 得 到期
望 的 电源 电流 。
其 滤波 效果 依赖 于系 统 阻抗 特 性 , 容 易 受 温 度 并
漂移、 网络上 谐 波污染 程度 、 滤波 电容 老化 及非线
有 源 滤 波器 ; 真 ; 源 滤波 器 ; 波 抑 制 仿 无 谐
TH1 2 4 3.3 文 献 标 志码 A 文章编号 1 7 —8 0 ( 0 1 0 —0 3 —0 6 1 10 2 1 ) 3 0 3 5
根 据 有 源 滤 波 器 的 抑 波 原 理 及 其 仿 真 实 例 , 明有 源 滤 波 器 在 船 舶 电 网谐 波抑 制 方 面 的 特点 。 说
一
用, 一些 重要 环 节 的 参数 需 要 用 仿 真来 求 取 。本
文基 于 UP F算 法对 并 联 型 有 源 电力 滤波 器 进 行 理论 简述 和仿真 分析 。 2 1 单 位功 率因数 的控 制策 略( F) . UP 的基本
单相有源电力滤波器的仿真研究

单相有源电力滤波器的仿真研究作者:梁福兴刘艳鲍聪颖武磊张修华来源:《科技资讯》2012年第10期摘要:相关资料表明,电网会由于电力电子器件的大量投放产生严重的谐波。
现在影响电能质量的主要因素谐波已经成为可以排在首位了[1],而对于谐波的治理最有效的手段就是有源滤波器。
本文最后在MATLAB里搭建了应用于单相整流电路带电阻负载时的仿真模型。
并且对补偿特性做了深入的研究和分析。
中图分类号:TN713.8文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)04(a)-0000-00近些年来,随着在工业生产中越来越多的电力电子器件被应用,这些电力电子器件给我国工业生产带来了巨大的贡献,但是由此而带来的谐波污染也越来越严重。
相关资料表明[2],电网会由于电力电子器件的大量投放产生严重的谐波。
现在影响电能质量的主要因素谐波已经成为可以排在首位了,而对于谐波的治理最有效的手段就是有源滤波器,本文对单相有源电力滤波器的仿真进行了研究,通过matalb仿真,分析该滤波器的工作特性,进而找到控制谐波污染的手段。
1 单相有源电力滤波器概述随着DSP技术和电力电子技术的不断发展,采用单相有源电力滤波器是谐波抑制的一个重要措施就是。
单相有源电力滤波器的基本原理是从补偿对象中对谐波与无功电流进行检测。
在一定控制指令作用下由IPM组成的系统产生一个与无功电流大小相等的谐波,在系统中注入极性相反的电流,这样电网电流就只含有基波电流,达到实时补偿谐波电流的目的。
单相有源电力滤波器能跟踪补偿幅值和频率都变化的谐波,因而受到广泛的重视。
2 单相有源电力滤波器的matlab建模这里将单相并联有源滤波器的谐波和无功电流检测及电流跟踪控制综合起来,搭建单相并联有源滤波器的完整电路并对其补偿特性做一下研究。
主要谐波含量分析:电网电流的畸变几乎全部来源于奇次谐波。
其中三次谐波含量 =16.74%,五次谐波含量 =10.69%,七次谐波含量=6.01%,九次谐波含量 =3.18%,十一次谐波含量 =1.11%。
有源电力滤波器的simulink仿真

有源电力滤波器的仿真
黄潇嵘
随着工业电力电子器件广泛地应用,配电 网中整流器、变频调速装置、工业电源 以及各种以开关方式工作的电力电子装 置不断增加,这些负荷的非线性、冲突 性和不平衡性的用电特性,使电力系统 的电压、电流发生畸变,对供电质量造 成严重污染,谐波不仅影响电气设备正 常工作,还给电网的安全经济运行带来 隐患。 治理谐波的方法,有两大类—— 改造谐波源和采用滤波补偿装置。
基于UPF算法的仿真: UPF(单位功率因数的控制策略)算法的 目的是在APF接入点出获得单位功率因数, 及补偿谐波电流又补偿无功电流,获得整 体上的单位输入功率因数。不需要坐标变 换,跟踪较快。
谢谢大家!
3.利用三角函数正交运算 首先从三相畸形波中检测出基波电流和基波 电 压的相位差和电流的振幅,然后生成与该 振幅和相位差相同的基波电流波形。
4.利用傅立叶展开法(d-q法) 首先检测出电源电压e的相位w1和周期T,然 sin 1t和cos1t 后产生与之同步的正弦波 , 再检测出负载电流,做如下运算。
3.电压型补偿电路 电压型有源电力滤波器的基本结构是,其 直流侧有直流电容(直流侧是一个恒定的 电压源),变流器以电压逆变方式工作。 利用交流电抗器两端的电压差产生补偿电 流,并通过控制该电流使之与补偿电流指 令值一致,以实现补偿。
电压型有源电力滤波器的电流控制方 式
1.三角载波比较方式
Matlab是啥 略
T T
电力有源滤波器(APF)控制方法研究及Matlab仿真

指令
+
1 ㈠
lUr +
电流 运算 算法
滞环 电流 比较器
图 1 A F系统框 图 P
PI
算法
2 i 制算法 、i 控 如图 2 所示 。该算法 中需要用到 a 电网电压 e 相 同相位的正弦信号s a ̄ 对应 的余弦信号 - O t i tl n l CSo, t 他们有一个锁相 环和一个正 、余弦信号发生 电路得 到。根据定义可以计算 出i 经 L F滤波得 出i , 、i P 、
Smp we sse s d l eM albt u l emo e n i lt e F s se I r v dta eDC i o ry tm mo uei t t b i t d l dsmuaet n h a o dh a h AP y tm.tS o e t h p h t
周昊Байду номын сангаас
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王毅
104 ) 004
( 交通大学 电气工程学院 ,北京市 北京
Zh uHa W a gYi o o n
(c o l f lc i l n ier g f e ig i tn nv r t, e ig 1 04 ) Sh o o Eetc gnei B in a o g ie i B in 0 0 4 raE no j Jo U sy j 【 摘 要】 通过瞬时无功功率理论的i i 。 、 算法设计了电力有源滤波器 , 提出直流侧电压的P 控制。 I 在理
前 言 在工业技 术如此发达的今天 ,随 着电力电子器 件 的广泛应用 , 出现 了大量的变流器型的负荷 , 带来 了严重的谐波污染 , 同时也消耗 了大量的无功功率 , 由于其功率 因数低 , 电网带来 了严重的负担 , 给 降低 了电力系统的电能质量 。无功功率 的增大可造成设 备 容量 增加 、设备及线损增大和 线路 及变压器 电压
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0引言有源电力滤波器在抑制谐波、提高电能质量方面显示了强大的生命力,其性能的好坏与它所采用的谐波电流检测方法有很大的关系。
因此,如何实时准确地检测出非线性负载电流中的谐波及无功电流是有源电力滤波器的关键技术。
对于三相电路,基于三相电路瞬时无功功率理论[1-3]的三相电路谐波电流检测方法是得到公认的较为成熟的方法,目前生产的有源电力滤波器,多采用其检测谐波及无功电流。
而对于单相电路,至今还没有一种公认的较为成熟的方法,但已经提出了多种有源电力滤波器单相电路谐波电流检测方法[4-16],直接计算法就是其中之一。
由于直接计算法是建立在电源电压为50Hz的正弦电压基础上的,所以,一个重要的问题是:电源电压畸变和电源频率变化究竟会对直接计算法的检测性能产生什么样的影响?这是直接计算法是否具有应用价值的关键。
现根据直接计算法的计算公式,提出了直接计算法的谐波电流检测框图,根据此谐波电流检测框图,利用流行的可视化仿真软件工具Matlab7.0丰富的Simulink模块库,可以容易地建立直接计算法的Matlab仿真模型,从而可以方便地对直接计算法进行仿真研究。
1直接计算法及其Matlab仿真模型1.1直接计算法直接计算法的检测原理是:当负载电流为周期电流时,负载电流与基波有功电流差的绝对值在一个周期内的积分值最小。
设1个周期T内负载电流iL(t)的N个采样(周期采样,采样周期为T/N)为iL[1]、iL[2]、…、iL[N];对应的与电源电压同频、同相的幅值为1A的N个正弦值为sinωt[1]、sinωt[2]、…、sinωt[N]。
则采样iL[N]时刻的基波有功电流幅值为Im=!i=1N(iL[i]sinωt[i])/!i=1N(sinωt[i])2(1)由式(1)可以计算出采样iL[N]时刻的基波有功电流幅值Im,则采样iL[N]时刻的基波有功电流为Imsinωt[N],从而采样iL[N]时刻需要补偿的谐波及无功电流为iL[N]-Imsinωt[N],这就是有源电力滤波器谐波电流检测的直接计算法[16]。
由直接计算法可知:当负载电流在1个周期内的采样个数N越大时,则其检测精度越高。
当N+∞时:!i=1N(iL[i]sinωt[i])=tt-T"iL(t)sinωtdt!i=1N(sinωt[i])2=tt-T"sin2ωtdt所以:Im=tt-T"iL(t)sinωtdttt-T"sin2ωtdt=tt-T/2"iL(t)sinωtdttt-T/2"sin2ωtdt(2)iL(t)上下半波对称。
因此容易得到直接计算法的谐波电流检测框图如图1所示,其中,iL为负载电流,es=sinωt为与电源电压同频同相的单位正弦信号,Im为基波有功电流幅值,i1p=Imsinωt为基波有功电流,ia=iL-i1p为需要补偿的谐波及无功电流之和,为提高跟踪速度,积分器在半个周期内积分。
直接计算法在有源电力滤波器中应用的仿真研究李自成,孙玉坤,刘国海,杨建宁,黄永红(江苏大学电气信息工程学院,江苏镇江212013)摘要:根据直接计算法的计算公式,提出了直接计算法的谐波电流检测框图;根据此谐波电流检测框图,利用Matlab的Simulink模块库,建立了直接计算法的Matlab仿真模型。
仿真研究发现:若电源电压无畸变,当负载电流处于稳定状态时,直接计算法能够准确地计算出需要补偿的谐波及无功电流,当负载电流处于变化状态时,直接计算法具有较好的动态性能;电源电压畸变对直接计算法的检测精度的影响较大;电源频率变化对直接计算法检测精度的影响很小。
当电源电压发生畸变时,可以采用锁相环电路获得与电源电压同步的正弦信号。
关键词:有源电力滤波器;仿真研究;谐波电流;直接计算法中图分类号:TN713文献标识码:A文章编号:1006-6047(2008)08-0106-04收稿日期:2007-09-29;修回日期:2007-12-10基金项目:江苏大学高级人才专项基金资助项目(1283000064);江苏省高校研究生科技创新计划项目(1221140004)电力自动化设备ElectricPowerAutomationEquipmentVol.28No.8Aug.2008第28卷第8期2008年8月1.2直接计算法的Matlab仿真模型根据直接计算法的谐波电流检测框图,利用Matlab7.0的Simulink模块库,容易得到直接计算法的Matlab仿真模型,如图2所示。
图2的左方部分产生所需的信号。
文件sin.mat、IL.mat、IM.mat、I1P.mat、IA.mat对应的“从文件读取信号模块”分别产生es=sinωt、负载电流iL、理论上的基波有功电流幅值Im*、理论上的基波有功电流i1p*、理论上的补偿电流ia*。
它们的波形由这些文件中的数据决定,根据需要改变某一文件中的数据,则可以改变相应信号的波形,这样可以方便地对各种不同情况进行仿真。
图2的下方部分为直接计算法的Matlab仿真模型。
其中,图1中的积分器由1个“传输延迟模块”、1个“减法模块”和1个“积分模块”实现。
“传输延迟模块”的延时为半个周期即0.01s。
图2的右方部分为显示部分。
es=sinωt,负载电流iL;理论上的基波有功电流幅值Im*,基波有功电流i1p*和补偿电流ia*;直接计算法计算出的基波有功电流幅值Im,基波有功电流i1p和补偿电流ia等信号,根据研究的需要,或单独,或几个一起通过“混路器模块”送入“示波器模块(Scope)”,这样可以方便地观察和比较得到的仿真波形。
2仿真研究2.1电源电压无畸变在电源电压无畸变时,负载电流幅值突然从1A上升到2A时的仿真结果如图3所示。
从仿真结果可以看出:当负载电流处于稳定状态时,Im与Im*,i1p与i1p*,ia与ia*的波形分别重合,此时直接计算法能够准确地计算出需要补偿的谐波及无功电流;当负载电流处于变化状态时,直接计算法计算出的Im能够平滑地跟踪Im*,动态响应时间为半个周期,具有较好的动态性能。
这与文献[16]采用数字仿真的结果是一致的,从而说明所建立的直接计算法的Matlab仿真模型是正确的。
2.2电源电压发生畸变在电源电压发生极端畸变时,负载电流处于稳定状态时的仿真结果如图4所示。
从仿真结果可以看出:ia和ia*相差较大。
因此,电源电压畸变对直接计算法的检测精度具有较大的影响。
2.3电源频率发生变化直接计算法认定电源频率f=50Hz,电源频率变化肯定对直接计算法的检测结果有影响。
电源频率发生变化时的仿真结果如图5和图6所示。
图5(a)的f=58.5Hz,图5(b)的f=40Hz;图6(a)的f=图2直接计算法的Matlab仿真模型Fig.2Matlabsimulationmodelofdirectcomputationmethodsin.mat×+-IM.matI1P.matIA.matIL.mat×+-×÷×+-1s1sIm*i1p*ia*esiLImi1p示波器ia××积分器积分器÷××iLesImi1p-+ia图1直接计算法的谐波电流检测框图Fig.1BlockdiagramofharmoniccurrentdetectionbasedondirectcomputationmethodesiLI*mImi1pi1p*iaia*2-204-402-20123020406080t/ms图3电压无畸变时的仿真波形Fig.3Simulationwaveformswithoutvoltagedistortiones/V,iL/AI*m,Im/Ai1p*,i1p/Aia*,ia/AesiLiaia*10-10-1101020t/ms(a)f=58.5Hzia*,ia/Aes/V,iL/A515李自成,等:直接计算法在有源电力滤波器中应用的仿真研究第8期图4电压发生畸变时的仿真波形Fig.4Simulationwaveformswithvoltagedistortioniaia*esiL10-10-11t/ms0204060es/V,iL/Aia*,ia/A(b)仿真波形2esiL10-10-11iaia*es/V,iL/Aia*,ia/At/ms0204060(a)仿真波形152Hz,图6(b)的f=48Hz。
可以看出:当电源频率变化较大时,ia与i*a相差较大;当电源频率变化较小时,ia与i*a相差很小。
一般地,电源频率会发生变化但变化较小,因此电源频率变化对直接计算法的检测精度的影响很小。
3结论a.若电源电压无畸变,当负载电流处于稳定状态时,直接计算法能够准确地检测出需要补偿的谐波及无功电流;当负载电流处于变化状态时,其动态响应时间为半个周期,具有很好的动态性能。
b.电源电压畸变对直接计算法的检测精度具有较大的影响。
c.电源频率变化对直接计算法的检测精度的影响很小。
仿真研究表明:直接计算法在检测精度、动态性能、电源频率变化对其检测精度的影响等方面具有一定的优势。
不足之处在于电源电压畸变对其检测精度影响较大,而这可以采用锁相环电路获得与电源电压同步的正弦信号。
因此,直接计算法具有应用价值,它可以在有源电力滤波器中得到应用。
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