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

和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿，并可克服LC滤波器等传统的谐波抑制和无功补偿方法的缺点。

有源电力滤波器的工作原理是，检测补偿对象的电压和电流，经指令电流运算电路得出补偿电流的指令信号，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中要补偿的谐波及无功电流相抵消，最终得到所期望的电源电流。

（图1）

并联型有源电力滤波器相当于一个受控电流源，通过和谐波源并联接入电网注入补偿电流，从而达到抵消电流谐波的目的。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响，具有投切方便灵活以及各种保护简单的优点。但是当单独使用并联型有源电力滤波器来滤除谐波时，有源电力滤波器容量要求很大，这样会带来一系列的问题，如工程造价高、电磁干扰、结构复杂以及高的功率损耗等。

3、APF的谐波检测方法

在电能质量调节器的工作过程中，检测是一个关键环节。只有准确无误地检测出电压或电流中的畸变量，才能得到准确的参考电压值。常见的检测算法有以下几种：低通滤波器提取基波分量法、基于Fryze 时域分析的有功电流分离法、基于频域分析的FFT 法、自适应检测法等。

基于瞬时无功功率理论的瞬时空间矢量法是目前应用最广的一种检测方法，经过不断改进，它包括p -q 法、Ip-Iq 法 ，以及d -q 法。其中，p-q 法适用于电网电压对称且无畸变情况下谐波电流的检测；基于瞬时无功功率理论的ip-iq 法不仅适用于三相不对称公用电网, 而且对电网电压畸变也有效，具有较好的实时性, 在三相电路中得到了广泛的应用。本文选用ip-iq 法对系统的谐波和无功电流进行检测。 3.1、

p

i 、q i

运算方式

该方法的原理如下图所示。图中

sin cos cos sin t

t C t t ωωωω-⎡⎤=⎢⎥--⎣⎦，2332T

C C =

i i i

（图2） p

i 、q i

运算方式的原理图

该方法中，需要用到与a 相电网电压

a

e 同相位的正弦信号sin()wt 和对应的余弦信号

cos()wt -，他们由一个锁相环(PLL)和一个正、余弦信号发生电路得到。据定义可以计算

出

p

i 、q i

，经LPF 滤波得出

p

i 、q i

的直流分量

p

i 、

q

i 。这里

p

i 、

q

i 是由

af

i 、

bf

i 、

cf

i 产生

的，因此由

p

i 、

q

i 即可计算出

af

i 、

bf

i 、

cf

i 。

当要同时检测出被补偿对象中谐波和无功电流，只需要断开图2中计算q i

的通道即可。这时，由

p

i 即可计算被检测电流a i 、b i 、c i

的基波分量

apf

i 、bpf i

、

cpf

i ，进而计算出a i 、b i

、

c

i 的谐波分量和基波无功分量之和。

3.2、指令电流发生模块