整流器件的谐波抑制仿真
基于Matlab的整流装置谐波分析
, , 由以上仿真结果可以看出， 电流中主要含有 基波、& 次、% 次、$$ 次、$) 次和 $% 次等各次谐 波，表 ( 中各次谐波含量和用理论推导出的谐波含 量 （ 见表 $ ） 相符，且特征谐波电流幅值和谐波次 ! 6 & # ! ） 基本一 数的近似关系也与式 " ! 4 "$ # $" ( （ 致，说明本文所建立的仿真模型及仿真结果正确。 整流负荷在实际运行中除产生特征谐波外， 还产 生非特征谐波，即谐波次数不是 3 % G $ 次的谐波电 流，如对于三相六脉动整流桥， 产生 ) 次、’ 次和 $& 次等非特征谐波。 非特征谐波是由于整流设备 触发延迟角不均匀、 供电电压不平衡、 系统三相 阻抗不对称及负荷波动等因素引起的， 其谐波次 数不能像特征谐波那样由脉动数来决定。 非特征 谐波电流的计算比较复杂， 而且许多因素和参数 难以确定，所以非特征谐波一般采用估计的方法。
谌贵辉
整流装置的电气系统模型
— —三相六脉动整 以大型整流装置— 流器为例，分析其在电力系统中的谐波 问题。图 $ 所示为三相可控整流的电气 模型。 三相整流桥详细的整流过程分析与 供电电流表达式非常复杂， 从配电网使
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用谐波计算的角度看 ， 详细的整流负荷
3 3 3 3 3 3 3 3 图 43 三相可控整流模型
西南 石 油 大 学 自 然 科 学 基 金 资 助 （ 编 号： %&&’()*$$% ） 。
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・石化电气・*++, 年第 *- 卷第 ** 期
多重化整流电路仿真报告
（1）得到相位彼此相差30o 、大小相等的12相电压。
（2）强化三相桥式全控整流电路的调试方法、仿真过程，了解触发电路与主电路的同步问题。
（3）通过仿真掌握两重12脉冲整理电路的组成，两重12脉波整流电路对交流电压、主电路、控制驱动电路的要求。
二、仿真原理采用多重连接不仅可以减少交流输出电流的谐波，同时也可减少直流输出电压中的谐波幅值并提高纹波频率，因而可减少平波电抗器。
为了简化分析，下面均不考虑变压器漏抗引起的重叠角，并假设整流变压器各绕组的相电压之比为1:1：√3.如图（1）所示是移相30o 构成串联两重链接电路的原理图，利用变压器二次绕组接法的不同，使两组三相交流电源间相位错开30o ，从而使输出整流电压ud 在每个交流电源周期中脉动12次，故该电路为12脉冲整流电路。
整流变压器二次绕组分别采用星形和三角形接法构成30o 、大小相等的两组电压，接到相互串联的2组整流桥。
因绕组接法不同，为得到两组大小相等的线电压，变压器绕组和两个二次绕组的匝数比设置为1:1：√3.图（1）所示是移相30o构成串联两重链接电路的原理图根据仿真原理图可得，整个系统包含三相电压源、三相变压器、控制系统、两个三相整流电路和负载。
其中三相电压源相与相间的有效值为220V ；变压器1的变比为1:1且原边和副变的接法均为星形，变压器2的变比为1：√3且原边和副变的接法分别为为星形和三角形，通过上边的接法两个变压器副变的电压相位角相差30o 和电压的线电压相等，负载采用阻性负载。
++-A B a2b2a3b3根据上面的仿真原理分析，在Matlab 软件中搭建了整个系统的仿真模型图，如图（2）所示。
三相变压器用两个单相变压器代替但是匝数比和绕组连接方式不变，三相整流桥利用搭建的子系统代替，控制电路也利用子系统来代替。
下面重点介绍控制子系统和三相整流电路。
图（2）仿真模型图控制电路需要跟随电压的输入，产生正确的触发脉冲来控制晶闸管的导通和关断。
逆变器谐波及电流扰动抑制策略仿真
ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ａ ｎｅｗ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｏｆ ｔｈｒｅｅ—ｐｈａｓｅ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｗｉｔｈ ｍｕｌｔｉ—ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ ｒｅｓｏｎａｎｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｄｕａｌ ｃｌｏｓｅｄ — ｌｏｏｐ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅ ｉｎｎｅｒ ｃｕｒｒｅｎｔ ｌｏｏｐ ａｄｏｐｔｓ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｒ ｔｉｏｎａｌ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｏｕｔｅｒ ｖｏｌｔａｇｅ ｌｏｏｐ ａｄｏｐｔｓ ｍｕｌｔｉ——ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ ｒｅｓｏｎａｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｗｏ·—ｐｈａｓｅ ｓｔａｔｉｏｎａｒｙ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｔｗｏ——ｐｈａｓｅ ｒｏｔａｔｉｎｇ ＣＯ— ｏｒｄｉｎａｔｅ ｓｙｓｔｅｍ ． Ｔｈｅ ｄｏｕｂｌｅ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ ｒｅｓｏｎａｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｉｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｔｗｏ ｐｈａｓｅ ｓｔａｔｉｏｎａｒｙ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ ｓｙｓｔｅｍ ， ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｔｒａｃｋ ｔｈｅ ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ ｗａｖｅ ａｎｄ ｓｕｐｐｒｅｓｓ ｔｈｅ ３ ｈａｒｍｏｎｉｃ，ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｓｏｎａｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｉｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｔｗｏ ｐｈａｓｅ ｒｏｔａｔｉｎｇ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ ｆｏｒ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｎｇ ｔｈｅ ５ ａｎｄ ７ ｈａｒｍｏｎｉｃｓ．Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｖａｒ ｉｏｕｓ ｐａｒａｍ ｅｔｅｒｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎ—
第３３卷 第Ｏ８期
文章 编号 ：１００６—９３４８（２０１６）０８—００７６—０５
计 算 机 仿 真
地铁车辆变频空调系统谐波产生原因及抑制方案
地铁车辆变频空调系统谐波产生原因及抑制方案摘要：在地铁车辆变频空调运行过程中，受变频器内部不控整流桥的影响，会产生电压谐波。
如果谐波含量值较大，电压发生畸变，用电设备更容易损坏，谐波干扰甚至会影响其它车辆系统的正常运行。
本文分析了地铁车辆变频空调谐波产生的原因，利用仿真工具调节谐波抑制元件参数，并基于此设计谐波抑制方案，通过在电源侧设计消谐算法、在设备侧增加交流滤波器、直流电抗的方法，并在实际应用中验证了方案的有效性。
关键词：地铁车辆空调；变频器；仿真分析；谐波抑制1引言传统地铁车辆空调采用定频压缩机，空调系统的制冷制热功能需通过启停压缩机完成。
制冷时，当车厢温度超过设定温度一定值，压缩机启动；当车厢温度低于设定温度一定值，压缩机停止。
这样会造成车厢温度大幅波动，乘客乘坐体验感较差。
随着电力电子技术发展，变频器成本越来越低，越来越多的地铁车辆空调转为变频控制，利用变频器改变压缩机转速，调节空调系统制冷量，使车厢温度在一个较小范围内波动。
然而空调增加变频器之后，电压谐波干扰问题也随着而生，例如影响PIS信号、空调异响、烧损压缩机、辅逆误报三相不平衡等。
本文对谐波产生原因进行了分析，通过在电源侧设计消谐算法、在设备侧增加交流滤波器、直流电抗的方法，达到降低电源谐波含量的目的。
2谐波产生绝大多数的地铁车辆空调不能直接从接触网DC1500V电源直接取电，需要辅助逆变器将DC1500V逆变为三相AC380V电源。
在理想条件下，辅助逆变器输出电压是只含有基波分量的正弦电压。
由于变频器内部含有不控整流桥，而整流桥输出的脉动电流含有5、7、11次等各次谐波。
根据图1，变频器前端输入电流如式1所示：(1)则设备端的电压为：(2)电流施加于变频器的阻抗上，不可避免的产生电压谐波，最终导致辅助逆变器输出电压中含有谐波分量。
3解决方案在长沙地铁首列采用变频空调的车辆进行测试，前期项目设计时，没有考虑谐波危害，空调机组内部没有装配交流滤波器以及直流电抗器。
三相维也纳 (vienna) 主拓扑原理、控制及仿真
三相维也纳(vienna) 主拓扑原理、控制及仿真全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：三相维也纳(Vienna) 主拓扑是一种在电力系统中常用的控制技术，用于维持电力系统的稳定性和可靠性。
它基于维也纳(Vienna)这座美丽城市的名称，代表着其优雅和精密的特性。
本文将深入探讨三相维也纳主拓扑的原理、控制方法以及仿真技术。
一、三相维也纳主拓扑原理三相维也纳主拓扑是一种用于控制电力系统中电压和电流的技术，主要用于谐波抑制、无功功率补偿和电压调节等方面。
其基本原理是通过控制电容器和电感器的开关状态，调整电路中的电流和电压，使系统保持在稳定状态。
在三相维也纳主拓扑中，有三个分立的相位，分别控制电路中的三相电流和电压。
三相维也纳主拓扑的主要特点包括高效性、可靠性和精密性。
通过合理设计电路结构和控制算法，可以实现系统中电流和电压的高质量波形，提高电力系统的稳定性和可靠性。
在三相维也纳主拓扑中，控制方法是关键的一环。
常用的控制方法包括基于电压和电流的控制、谐波抑制控制和动态调节控制等。
这些控制方法结合了先进的电力电子技术和控制理论，能够有效地实现电力系统的优化控制。
基于电压和电流的控制方法主要是通过调节电容器和电感器的开关状态，实现对电路中电压和电流的动态调节。
谐波抑制控制方法则是通过识别和抑制系统中的谐波成分，减小谐波对系统的影响。
动态调节控制方法则是根据系统中的动态特性，实现对电路中电压和电流的动态调节。
为了验证三相维也纳主拓扑的性能和可靠性，仿真技术起着至关重要的作用。
通过仿真可以快速、准确地评估系统的动态特性和稳定性，为实际系统的设计和实现提供参考。
常用的仿真工具包括MATLAB/Simulink、PSIM和PSCAD等，这些工具提供了丰富的模型库和仿真工具，可以实现对电力系统中三相维也纳主拓扑的仿真分析。
通过仿真可以研究控制算法的优化、系统结构的设计和参数的选择等关键问题，为系统的实际应用提供重要的参考。
基于ETAP仿真的直接空冷机组厂用电谐波分析与抑制研究
经 济 型 要 求 ，除 了 有 特 殊 要 求 外 ， 国 内 空 冷 岛 低
由于 ６脉 冲 变 频 器 产 生 的 特 征 谐 波 为 ６ ±１ Ｋ
是 目前 国 际 上 一 项 效 益 高 、性 能 好 、应 用 广 、有 压 系统 都 是 应 用 ６脉 冲变 频器 。 直 接 空 冷 系 统 中 的 冷 却 风 机 采 用 变 频 设 备 可 次 谐 波 ，各个 变 频 器 公 司 生 产 的 变 频 器 提 供 的 谐 Ｔ Ｐ软 以节 约 厂 用 电 、减 小 散 热 面 积 、使 散 热 器 周 围 的 波 频 谱 图 相 差 不 大 ，所 以本 文 仿 真 采 用 Ｅ Ａ Ｂ公 司 的 ＤＣ ５ ０６ Ｓ ０ Ｐ型 （ ６脉 空 气 动 力 场 均 匀 ，但 同 时 也 带 来 变 频 器 产 生 的 谐 件 自带 数 据 库 内 ＡＢ 波危害 。 冲 ） 变频 器 的 参 数 为 计 算 输 入 条 件 。 Ｅ ＡＰ软 件 Ｔ 空 冷 岛 低 压 厂 用 电 系统 大 量 采 用 节 能 型 的 非 也 可 根 据 变频 器 厂 家 提 供 的 谐 波 频 谱 图参 数 作 为 线 性 负 载 会 产 生 大 量 的 谐 波 ，谐 波 注 入 到 空 冷 计 算 的输 入 条 件 。 岛低 压 厂 用 Ｐ Ｃ母 线 段 上 ，则 会 引 起 空 冷 岛 低 压 厂 用 变 压 器 附加 损 耗 和 发 热 ，导 致 继 电 保 护 和 自
发 展 前 途 的 电机 调 速 技术 。
动装 置 的误 动 作 等 。变 频 器 产 生 的谐 波 经 低 压
厂用 变 压 器 又 会 流 入 到 高 压 厂 用 电 母 线 段 上 ，经
高 厂变 、 主变 流 人 系 统 中 ，本 文 就 将 分 析 发 电 厂
整流电路的谐波和功率因数
用户供电电 压 (KV)
0.38
电压畸变极 限(％)
５
6或10 35或63 110
４
３
1.5
B.用户单台变流设备接入电网的允许容量
用户供电电 压
(kV)
0.38
6或10
35或63
110及以上
设备型式
不控 半控 全控
不控 半控 全控
不控 半控 全控
不控 半控 全控
=0时：m脉波整流电路的整流电压
和整流电流的谐波分析
1) 整流输出电压谐波分析：
将纵坐标选在整流电压的峰值处，则在-/m~/m区间，整
流电压的表达式为：
ud0 2 cost
对该整流输出电压进行傅里叶级数分解，得出：
ud0
Ud0
bn
nmk
cos nt
Ud0 1
2 cos k
nmk n2 1
五、抑制谐波与改善功率因数
相控变流技术的电力电子装置存在着网侧功率因 数低以及投网运行时向电网注入谐波的两大问题。 采取措施，抑制以至消除这些电力公害是电力电子 技术领域中一项重要的研究课题，也是国内外学者 研究的热门课题。
bn
R2 (nL)2
n次谐波电流的滞后角为：
jn
arctan
nL
R
四、整流输出电压和电流的谐波分析
3） =0时整流电压、电流中的谐波有如下规律：
（1）m脉波整流电压ud0的谐波次数为mk（k=1，2，3...）次，即m的 倍数次；整流电流的谐波由整流电压的谐波决定，也为mk次；
（2）当m一定时，随谐波次数增大，谐波幅值迅速减小，表明最低 次（m次）谐波是最主要的，其它次数的谐波相对较少；当负载中 有电感时，负载电流谐波幅值dn的减小更为迅速；
整流系统无功补偿和谐波抑制
线容量增加 ， 电力用户的启动及控制设备 、 测量仪表
的尺 寸和规 格也要 增 大 。
２ 无功补偿及谐波抑制
功率 因数是企业经济运行 的重要技术指标之
一
（） ２ 无功功率增加使总 电流增 大， 设备及线路 的损耗增加 。 （） ３ 线路及变压器的电压降增大。如果是冲击 性无功功率负载 ， 还会使电压产生波动。
并联电容器是为提高功率因数而普遍采用的方 法。提高功率因数常采用电容器高压集中补偿和
低压分散补偿相结合的原则。高压集 中补偿可提高
网侧的功率因数， 保证发电和电网的安全稳定运行 ， 满足供电部门对用户用电功率因数必须在 ０ ９以上 ． 的要求 ； 同时， 功率 因数越高 ， 电能利用就越合理、 越 经济。低压分散补偿 可减少线 路能量损耗 ， 减少线
（ 安徽八一化工股份有限公司， 安徽 蚌埠 ２３０ ） ３００
［ 关键词］整流 系统 ； 率因数 ； 功 谐波抑制 ； 电容器 ； 电抗器 并联 串联
［ 要］ 摘 分析了整流系统无功负荷和高次谐波带来的问题 ， 提出了提高功率因数的方法和谐波抑制措施。
［ 中图分类号 ］ Ｍ ６ Ｔ ４ ［ 文献标识码 ］ Ｂ ［ 文章编号］１０ — ３Ｘ ２０ ）１ ０１ — ２ ０８ １３ （０６ １ ＂ ０３ ０
１ 无功功率的影 响和谐波 的危 害
１ １ 无功功率对电网的影响 ． （） １ 无功功率增加会导致电流增大和视在功率 增加 ， 使发电机 、 变压器及其他电气设备的容量和导
的其他用电设备带来危害 ， 并增加功率损耗 。 （） ３ 谐波对变压器的危害 谐波源的谐波 电流流人变压器时 ， 主要是增加 了其铁损和铜损。随着谐波频率的增大， 集肤效应 更加严重， 其铁损也更大。
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整流器件的谐波抑制仿真
发表时间：2014-12-02T10:24:03.560Z 来源：《价值工程》2014年第7月上旬供稿作者：张卫芳
[导读] 随着电力电子技术的迅速发展和电力电子装置的应用越来越广泛,电磁环境受到严重的污染。
Harmonic Suppression of Rectifier Device Simulation张卫芳淤ZHANG Wei-fang曰宋红超淤SONG Hong-chao曰宋振洋于SONG Zhen-yang（淤黑龙江科技大学电气控制工程学院，哈尔滨150022；于齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司，齐齐哈尔161000）（淤Institute of Electrical and Control Engineering Technology，Heilongjiang University of Science and Technology，Harbin 150022，China；于Qiqihar Railway Rolling Stock Co.，Ltd.，Qiqihar 161000，China）
摘要院电力有源滤波器能够解决电力系统中非线性负载引起的谐波污染问题。
阐述了有源滤波器的基本原理，建立了Matlab/Simulink 仿真模型并且进行了详细的仿真分析。
仿真实验结果表明，有源滤波器具备很好的补偿特性。
Abstract: The use of nonlinear loads in power system make harmonic pollution，in order to solve the harmonic pollution, active powerfilter is used. This paper introduces the basic principles of active filter, and establishs a Matlab / Simulink simulation model and analysis.The results show that the active filter has good compensation characteristic.
关键词院谐波；有源滤波器；Matlab/Simulink Key words: harmonic；active power filter；Matlab/Simulink中图分类号院TM71 文献标识码院A 文章编号院1006-4311（2014）19-0057-02
0 引言
随着电力电子技术的迅速发展和电力电子装置的应用越来越广泛,电磁环境受到严重的污染,电网谐波污染问题成为一个非常严峻问题。
此外电网中使用的异步电动机、变压器和电弧炉等负荷消耗大量的无功功率，若得不到及时补偿将致使电网电压波动、供电设备容量增加、损耗增加。
因此，谐波补偿成为当前的一个非常严峻的问题。
谐波抑制的手段主要包括无源滤波和有源滤波。
无源滤波器是由电容器和电抗器串联而组成的，并且调谐在某种特定的谐波频率，对它所调谐的谐波具有一个低阻抗作用；有源滤波器是产生与其所测得的畸变的谐波电流的相位相反的一组谐波电流，谐波电流因此被抵消并且最终变成一个没有畸变的正弦波。
本文中主要介绍并联型有源滤波器的原理，并进行MATLAB 仿真和分析。
1 并联有源滤波器的工作原理系统的主要组成包括：指令电流运算电路、电流跟踪控制电路、驱动电路和主电路。
Is 为电网提供的电流，il 为负载电流，ic 为有源滤波器的输出电流。
基本原理为当需要对非线性负载所产生谐波电流进行补偿时，由检测电路测量出补偿对象负载电流il 中的谐波电流成分iLh，将它相位相反后当作要补偿电流的指令信号，因此由补偿电流发生电路产生的补偿电流ic 和负载电流中的谐波信号iLh 等大、反相，补偿电流与电网中的谐波和无功电流相消，因此电网的电流和负载的基波电流相等，使的电源电流变为正弦波。
2 有源滤波器的Matlab 仿真研究
2.1 谐波检测谐波电流检测法有很多，包含用模拟带通滤波器，傅立叶变换谐波检测分析，瞬时无功功率谐波检测等等。
本文采用的办法是基于瞬时无功功率的谐波检测法，其基本原理如图2 所示。
图2 中：
2.2 电流跟踪控制电路并联型有源电力滤波器发出的补偿电流应跟随指令信号的变化而实时变化，这就使得补偿电流发生器应具备良好的实时性，所以文中使用跟踪型PWM 控制法，文中PWM 的产生使用滞环电流比较控制法。
滞环控制是一个比较常见的电流跟踪控制方式，它的硬件电路及其简单，电流响应速度非常快。
工作原理为：比较补偿电流的指令信号i*c 和实际的补偿电流ic，二者的偏差当作滞环比较器的输入信号，由滞环比较器产生出相应的脉冲信号，它通过驱动电路控制主电路中的开关的通断情况，进而操控补偿电流ic 的变化情况。
滞环比较器的原理如图3 所示。
2.3 有源滤波器仿真模型的建立根据前文论述和分析结果在Matlab7.0 Simulink 环境中对有源滤波器进行了模型构建。
此次建模采用基于瞬时无功功率的谐波电流检测法检测谐波电流，逆变器触发脉冲由滞环比较装置产生，有源滤波器直流侧电压由可控电压源控制。
实时模拟器数字输出端产生六个瞬时脉冲，逆变器利用这些脉冲产生所需的电流。
3 结果分析利用Matlab/Simulink 中的Powergui 工具可以很方便地进行仿真研究，提取基波分量和谐波波形，并对波形进行FFT 分析。
选取整流电路电源侧A 相电流原始波形图4进行仿真研究。
从图4 补偿前的A 相电流波形可见，因为负载是三相整流桥，因此负载电流的波形发生非常严重的畸变，其中5 次、7 次、11 次、13次谐波的含量非常的大，负载电流的总畸变率高达19.35%，这对系统的影响是非常大的，而投入有源滤波器后，负载电流的波形基本变成正弦波，负载电流的总畸变率也变为图5 中的0.36%，这说明滤波效果是非常明显的。
4 结束语文中着重介绍了有源滤波器的原理，并采用基于瞬时无功功率的谐波电流检测法，精准地测量出谐波。
文中采用Simulink 下的电力系统模块PowerSystems 构建了谐波电流检测模型和并联型有源电力滤波器的仿真模型，仿真的结果证明了理论分析的正确性，表明了有源电力滤波器具备很好的补偿特性。
参考文献院[1]王兆安,杨君,刘进军.谐波抑制和无功功率补偿[M].北京:机械工业出版社，2006.[2]赤木泰文,埃德森,毛立赛.瞬时功率理论及其在电力调节中的应用[M].北京：机械工业出版社,2009.[3]杨洪耕,惠锦,侯鹏.电力系统谐波和间谐波检测方法综述[J].电力系统及其自动化学报,2010,22(2):65-69.[4]荣飞，罗安，范卿.一种新的谐波电流检测方法[J].高电压技术,2008,34(1):138-141.[5]黄德旭,亓学广.基于d-q 运算方式的改进型谐波检测方法[J].电力系统及其自动化学报,2007,19(2):103-107.[6]郑征,杜翠静,常万仓.三相不对称系统中谐波电流检测的新方法[J].电力系统及其自动化学报,2010,22(3):103-107.[7]同向前,王党帅,赵叶艳.一种新型谐波与无功电流检测方法[J].电力系统及其自动化学报,2008,20(5):112-116.[8]吴春芳,程汉湘,朱约章,鄂飞.并联型有源电力滤波器的MATLAB 仿真研究[J].节能技术,2005,23(2):118-121.。