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：

图1APF基本原理

表示交流电源，一般指大电网，非线性负载为谐波源。有源电力滤波器由指令电流运算电路和补偿电图1中e

s

流发生电路（控制电路）两部分组成。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电流分量，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。

详细控制流程：

图2APF详细控制流程

如图2所示，负载电流（此电流包含基波与谐波）与锁相环输出的相位信号共同经过坐标变换后产生负载电流的直流分量Ifd与Ifq，Ifd与Ifq经过低通滤波器将谐波分量滤除。同时直流侧电压与电压给定值（例如800V）通过PI调节器输出调节信号Sudc，Sudc与Ifd经低通滤波器处理后的信号Ifd1做差，经上述变换后剩下基波直流分量Ijd与Ijq，Ijd与Ijq再经坐标变换转变为三相交流量，该三相交流量与三相负载电流交流量作差后剩下纯谐波信号，纯谐波信号通过坐标变换转变为谐波直流分量，此谐波直流分量与APF输出电流经PI调节器后生成

直流信号，该信号与锁相环输出的相位信号进行坐标变换产生三相调制波，从而生成6路PWM脉冲信号，进而产生APF的输出电流（反谐波电流），该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。

4.仿真验证

以MATLAB为仿真环境搭建APF模型，在0.1S时投入APF，仿真结果如图3,4,5所示。

图3,4,5结果显示系统投入APF前THD为23.14%，投入APF后THD降低至3.08%。

图3投入APF前后系统电压与电流的变化

图4投入APF前THD图5投入APF后THD

5.结论

以上仿真结果证明了上述关于APF的控制原理的正确性，从仿真结果可以看出，当APF投入后，系统的电压没有什么变化，但是系统电流的THD得到了显著降低；同时也可以看到在APF投入的瞬间，系统电流产生了较大的冲击，这是电力电子设备投入电力系统时的普遍现象，亦是APF经典控制中一个亟需解决的关键问题。

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