1、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)學(xué)生姓名： 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 指導(dǎo)教師： 工作單位： 題 目: 并聯(lián)電力有源濾波器控制方案設(shè)計(jì) 初始條件：三相交流輸入要求完成的主要任務(wù): （包括課程設(shè)計(jì)工作量及其技術(shù)要求，以及說(shuō)明書(shū)撰寫(xiě)等具體要求）設(shè)計(jì)并聯(lián)電力有源濾波器控制方案，要求達(dá)到：1、完成總體系統(tǒng)設(shè)計(jì)。2、完成總電路和電力電子器件電壓和電流定額計(jì)算。3、完成控制電路設(shè)計(jì)。時(shí)間安排：6月11日 6月12日：完成選題，領(lǐng)取設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，查閱相關(guān)資料，規(guī)劃總體設(shè)計(jì)方案；6月13日 6月17日：完成電力電子裝置的具體設(shè)計(jì)方案，包括參數(shù)設(shè)計(jì)、器件選取等；6月18日 6月20日：整理資料，完成設(shè)計(jì)論文撰寫(xiě)。指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系主任

2、（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日目錄摘要I并聯(lián)電力有源濾波器控制方案設(shè)計(jì)11 設(shè)計(jì)任務(wù)與分析11.1 設(shè)計(jì)任務(wù)11.2 設(shè)計(jì)任務(wù)分析12 并聯(lián)電力有源濾波器的基本原理與結(jié)構(gòu)22.1 并聯(lián)電力有源濾波器的基本原理22.2 并聯(lián)電力有源濾波器的系統(tǒng)構(gòu)成32.3 控制方法設(shè)計(jì)與選擇42.3.1 諧波電流檢測(cè)法42.3.2 跟蹤型PWM控制方法63 電路設(shè)計(jì)73.1 主電路設(shè)計(jì)73.1.1 主電路器件83.1.2 主電路參數(shù)計(jì)算83.2 控制電路設(shè)計(jì)93.2.1 直流側(cè)電壓的控制103.2.2 濾波電路設(shè)計(jì)103.2.3 電流檢測(cè)電路設(shè)計(jì)113.2.4 電壓檢測(cè)電路設(shè)計(jì)114 系統(tǒng)仿真134.1 仿真

3、模型建立134.1.1 系統(tǒng)仿真模型134.1.2 主電路仿真模型144.1.3 諧波電流檢測(cè)電路仿真模型144.2 仿真結(jié)果與分析154.2.1 補(bǔ)償前電網(wǎng)電流仿真波形分析154.2.2 補(bǔ)償后電流仿真波形分析165 收獲與體會(huì)18參考文獻(xiàn)19本科生課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表20摘要本設(shè)計(jì)首先從并聯(lián)電力有源濾波器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理入手，分別對(duì)三相三線并聯(lián)型有源電力濾波器控制方案進(jìn)行論證與選擇。設(shè)計(jì)了并聯(lián)型有源電力濾波器的諧波電流檢測(cè)及控制電路，諧波檢測(cè)環(huán)節(jié)采用ip-iq檢測(cè)法檢測(cè)負(fù)載電流的諧波信號(hào)并與APF產(chǎn)生的諧波進(jìn)行比較，根據(jù)其差值采用滯環(huán)比較控制方法，產(chǎn)生適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)脈沖信號(hào)給觸發(fā)脈沖發(fā)生部分

4、。還對(duì)系統(tǒng)電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)以及器件參數(shù)的選取，最后利用MATLAB中的系統(tǒng)仿真工具simulink搭建并聯(lián)有源電力濾波器系統(tǒng)的仿真模型并對(duì)該模型進(jìn)行了仿真分析，得到了仿真結(jié)果。關(guān)鍵詞：有源濾波器、滯環(huán)比較控制、ip-iq檢測(cè)法、simulinkI并聯(lián)電力有源濾波器控制方案設(shè)計(jì)1 設(shè)計(jì)任務(wù)與分析1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)并聯(lián)電力有源濾波器控制方案，要求達(dá)到：1、完成總體系統(tǒng)設(shè)計(jì)；2、完成總電路和電力電子器件電壓和電流定額計(jì)算；3、完成控制電路設(shè)計(jì)。1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)分析電力電子技術(shù)為工業(yè)設(shè)備提供了高速、高效和節(jié)能的控制手段，但同時(shí)也給電網(wǎng)注入了不可忽視的無(wú)功以及諧波電流。與無(wú)源濾波器相比，有源濾波器具有明

5、顯的優(yōu)勢(shì)。它能對(duì)變化的各次諧波和無(wú)功同時(shí)進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償，補(bǔ)償特性受電網(wǎng)阻抗和頻率變化的影響較小，控制電路容易實(shí)施限流保護(hù)以提高系統(tǒng)的安全性，因而受到了極大的關(guān)注，應(yīng)用較為廣泛。其基本原理是針對(duì)電網(wǎng)中的非線性負(fù)載，檢驗(yàn)其諧波電流，作為電流指令去控制與電網(wǎng)并聯(lián)的電流發(fā)生器，使其輸出電流跟蹤電流指令以輸出非線性負(fù)載所需的諧波電流，而電網(wǎng)只提供基波電流楊萌福，段善旭.電力電子裝置與系統(tǒng).北京:清華大學(xué)出版社,2006。本設(shè)計(jì)依據(jù)并聯(lián)電力有源濾波器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，分別設(shè)計(jì)主電路和控制電路，并計(jì)算相關(guān)參數(shù)，然后對(duì)三相三線并聯(lián)型有源電力濾波器進(jìn)行仿真。192 并聯(lián)電力有源濾波器的基本原理與結(jié)構(gòu)2.1 并聯(lián)電力有源

6、濾波器的基本原理本文所研制的有源電力濾波器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖 21所示。圖 21 有源電力濾波器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖圖中表示交流電網(wǎng)電流，負(fù)載為非線性負(fù)載，它產(chǎn)生諧波電流并消耗無(wú)功。有源電力濾波器的基本工作原理為諧波電流檢測(cè)負(fù)載電流的諧波成分，將其反極性后作為補(bǔ)償電流的指令信號(hào),這樣由補(bǔ)償電流發(fā)生電路該信號(hào)經(jīng)補(bǔ)償電流發(fā)生電路放大產(chǎn)生的補(bǔ)償電流與負(fù)載電流中的諧波分量大小相等、方向相反，因而兩者互相抵消，使得電源電流中只含基波，不含諧波，最終得到期望的電源電流波形。上述原理可用如下的一組公式表達(dá): 式中為負(fù)載電流的基波分量由此可知有源補(bǔ)償裝置實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵是諧波電流的檢測(cè)；適當(dāng)?shù)目刂品椒ǎ恢麟娐返脑O(shè)計(jì)。

7、2.2 并聯(lián)電力有源濾波器的系統(tǒng)構(gòu)成圖 22 APF主電路結(jié)構(gòu)有源電力濾波器主電路的基本結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 22。儲(chǔ)能元件充當(dāng)電源，為可控開(kāi)關(guān)電路進(jìn)行逆變提供保證，可控開(kāi)關(guān)電路實(shí)為PWM變流器。在圖 21中檢測(cè)電路從系統(tǒng)中檢測(cè)并分離出基波無(wú)功和諧波電流，使控制電路產(chǎn)生開(kāi)關(guān)控制信號(hào)去控制可控開(kāi)關(guān)電路的開(kāi)合，可控開(kāi)關(guān)電路的作用是根據(jù)控制信號(hào)把儲(chǔ)能元件儲(chǔ)存的電能以適當(dāng)?shù)男问浇?jīng)輸出電路接入系統(tǒng)中，產(chǎn)生需要的補(bǔ)償電流。根據(jù)儲(chǔ)能元件的不同，將有源電力濾波器分為電壓型和電流型兩種，圖 23所示為電壓型有源電力濾波器的主電路圖，其儲(chǔ)能元件為電容，可控開(kāi)關(guān)電路通常由GTO或IGBT等大功率電力電子元件構(gòu)成。電壓型有源電力

8、濾波器的工作原理是根據(jù)檢測(cè)信號(hào)產(chǎn)PWM輸出電壓，再經(jīng)交流側(cè)電抗器轉(zhuǎn)換成所需要的補(bǔ)償電流。圖 23電壓型有源濾波器主電路圖圖 24為電流型有源電力濾波器，其儲(chǔ)能元件是電感，與電壓型PWM逆變器相比,電流型PWM逆變器的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，不會(huì)由于主電路開(kāi)關(guān)器件的直通而發(fā)生短路故障。但是，電流型PWM逆變器直流側(cè)大電感上始終有電流流過(guò)，該電流將在大電感的內(nèi)阻上產(chǎn)生較大的損耗，因此目前較少采用。而電壓型有源電力濾波器有能量損耗小和易于控制等優(yōu)點(diǎn)，故本設(shè)計(jì)使用電壓型有源電力濾波器作為主電路。圖 24電流型有源濾波器主電路圖2.3 控制方法設(shè)計(jì)與選擇有源電力濾波器的控制系統(tǒng)及選用的控制方算法是其濾波效果好壞的關(guān)

9、鍵。APF控制系統(tǒng)一般由觸發(fā)脈沖產(chǎn)生和控制算法兩個(gè)部分組成。由于微處理器的能力很強(qiáng)，能夠完成APF所需要的諧波檢測(cè)，并產(chǎn)生所需補(bǔ)償?shù)膮⒖贾C波信號(hào)，而如果采用模擬電路則非常繁瑣，算法與參數(shù)的調(diào)整也很不方便，因此APF這一部分一般采用微處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)。控制算法處理部分對(duì)諧波檢測(cè)環(huán)節(jié)送來(lái)的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，并與APF產(chǎn)生的諧波比較，根據(jù)其差值采用一定的控制方法，產(chǎn)生適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)脈沖信號(hào)給觸發(fā)脈沖發(fā)生部分。有源電力濾波器要求補(bǔ)償電流發(fā)生電路產(chǎn)生的補(bǔ)償電流實(shí)時(shí)跟蹤指令電流信號(hào)的變化，因此電流控制電路通常采用跟蹤型PWM控制方式。比較常用的PWM的控制方法主要有三角波比較方式、滯環(huán)比較方式和空間矢量控制。2.

10、3.1 諧波電流檢測(cè)法諧波檢測(cè)主要由指令電流運(yùn)算電路完成。在有源電力濾波器中，諧波檢測(cè)是最關(guān)鍵的一部分，實(shí)時(shí)精確地檢測(cè)出諧波電流分量是進(jìn)行諧波補(bǔ)償?shù)闹匾疤帷Ｒ匀嚯娐匪矔r(shí)無(wú)功功率理論劉鳳君.市電電能質(zhì)量補(bǔ)償技術(shù).北京:科學(xué)出版社,2005為基礎(chǔ)，計(jì)算 p、q 或 ip、iq為出發(fā)點(diǎn)分別可以得出三相電路諧波電流檢測(cè)的兩種方法，分別稱(chēng)之為 p-q 檢測(cè)法和 ip-iq檢測(cè)法。與 p-q 檢測(cè)法相比，ip-iq檢測(cè)法只需要三相電路的瞬時(shí)電流和 A 相電網(wǎng)電壓的頻率或周期信息，不需要準(zhǔn)確地知道電網(wǎng)電壓的幅值信息，因此外部信號(hào)檢測(cè)電路很簡(jiǎn)單。另外，ip-iq檢測(cè)法采用內(nèi)部的參考正余弦信號(hào)，沒(méi)有直接使用

11、系統(tǒng)電壓信息參與運(yùn)算，不受電網(wǎng)電壓畸變或不對(duì)稱(chēng)的影響，因此檢測(cè)的結(jié)果更準(zhǔn)確。所以本設(shè)計(jì)采用 ip-iq檢測(cè)法來(lái)檢測(cè)電網(wǎng)中的諧波電流，下面主要對(duì)該方法進(jìn)行詳細(xì)介紹。根據(jù)瞬時(shí)無(wú)功功率理論可推導(dǎo)出瞬時(shí)有功電流 ip和瞬時(shí)無(wú)功電流 iq的表達(dá)式為 由此可得出ip-iq檢測(cè)法原理如圖 25所示。圖 25 ip-iq檢測(cè)法原理圖該方法中，需用到與 A 相電網(wǎng)電壓 ea同相位的正弦信號(hào)和對(duì)應(yīng)的余弦，它們由一個(gè)鎖相環(huán)(PLL)和一個(gè)正、余弦信號(hào)發(fā)生電路得到。根據(jù)定義可以計(jì)算出ip-iq，經(jīng)低通濾波器(LPF)濾波得出ip、iq的基波分量、。這里、是由 iaf、ibf、icf產(chǎn)生的，因此由、即可計(jì)算出 iaf、

12、ibf、icf為 將相減即可得到諧波分量。2.3.2 跟蹤型PWM控制方法（1）三角波線性控制三角載波線性控制是最簡(jiǎn)單的一種控制方法。通過(guò)將檢測(cè)環(huán)節(jié)得到的電流實(shí)際值與參考值之間的偏差與高頻三角載波相比較，所得到的矩形脈沖作為逆變器各開(kāi)關(guān)元件的控制信號(hào)，從而在逆變器輸出端獲得所需的波形。該方法的優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，開(kāi)關(guān)頻率固定，實(shí)現(xiàn)電路簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是輸出波形中含有與三角載波相同頻率的高頻畸變分量，開(kāi)關(guān)損耗較大，在大功率應(yīng)用中受到限制曹金梅.基于i_p_i_q諧波檢測(cè)法的并聯(lián)型有源電力濾波器的研究_曹金梅。（2）滯環(huán)比較控制 滯環(huán)比較控制是將補(bǔ)償電流參考值與逆變器實(shí)際電流輸出值之差輸入到具有滯環(huán)特性的

13、比較器，通過(guò)比較器的輸出來(lái)控制開(kāi)關(guān)的開(kāi)合，從而達(dá)到逆變器輸出值實(shí)時(shí)跟蹤補(bǔ)償電流參考值的目的。與三角載波線性控制相比，滯環(huán)比較控制具有開(kāi)關(guān)損耗小、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快等特點(diǎn)。缺點(diǎn)是系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)頻率、響應(yīng)速度及電流的跟蹤精度會(huì)受滯環(huán)帶寬影響，帶寬固定時(shí)，開(kāi)關(guān)頻率會(huì)隨補(bǔ)償電流變化而變化，容易引起較大的脈動(dòng)電流和開(kāi)關(guān)噪聲Peng F.Z.etal.A Study of Active Power Filter Using Quadseries Voltage-source PWM Converters for Harmonic Compensation J.IEEE Transon Ind. Appl.1996，3

14、2(6)：1312-1322.。（3）空間矢量控制空間矢量調(diào)制是由在交流電機(jī)調(diào)速中提出的磁通軌跡控制思想演變而來(lái)，適合用數(shù)字化方案實(shí)現(xiàn)。它將三相器件作為一個(gè)整體考慮，通過(guò)控制與參考矢量最接近的三個(gè)開(kāi)關(guān)矢量組合的作用時(shí)間，使一個(gè)控制周期內(nèi)開(kāi)關(guān)矢量輸出的平均效果與參考矢量相等。其基本思想是在矢量空間中用有限的靜止矢量去合成和跟蹤調(diào)制波的空間旋轉(zhuǎn)矢量，使合成的空間矢量含有調(diào)制波的信息相對(duì)于滯環(huán)PWM技術(shù)、三角波PWM技術(shù)，空間矢量控制技術(shù)提高了直流電壓的利用率；采用不連續(xù)開(kāi)關(guān)方式調(diào)制時(shí)，降低開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)損耗；調(diào)制方法便于數(shù)字實(shí)現(xiàn)，但受一般微控制器運(yùn)算能力所限。以上控制方法中，基于模擬控制技術(shù)的三角

15、載波線性控制法和滯環(huán)比較控制法是目前有源電力濾波器普遍采用的方法。本文采用了滯環(huán)比較方式，這種控制方式的硬件電路十分簡(jiǎn)單，屬于實(shí)時(shí)控制方式，電流響應(yīng)很快，而且輸出電壓中不含特定頻率的諧波分量，能夠達(dá)到設(shè)計(jì)的預(yù)期效果。3 電路設(shè)計(jì)并聯(lián)型有源電力濾波器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 31所示，圖中負(fù)載為諧波源，采用三相橋式不可控整流器，其直流側(cè)為阻感性負(fù)載。圖 31并聯(lián)型有源電力濾波器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3.1 主電路設(shè)計(jì)根據(jù)2.2 節(jié)所述,本設(shè)計(jì)采用三相電壓型PWM變流電路，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 22。主電路的工作原理：補(bǔ)償電流iC是由主電路中直流側(cè)電容電壓與交流側(cè)電源電壓的差值作用于電感上產(chǎn)生的。主電路的工作情況是由主電路中

16、6組開(kāi)關(guān)器件的通斷組合所決定的。通常，同一相的上下兩組開(kāi)關(guān)總有一組中的一個(gè)器件是導(dǎo)通的。為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，變流主電路部分由智能功率模塊 IPM(Intelligent Power Module)直接集成實(shí)現(xiàn)。在主電路的設(shè)計(jì)中，包括對(duì) IPM 功率器件的選取、直流側(cè)電容容量的確定、交流側(cè)電感值的確定等幾個(gè)部分。3.1.1 主電路器件在設(shè)計(jì)之前，首先根據(jù)電網(wǎng)和負(fù)載的情況，確定并聯(lián)型有源電力濾波器的額定工作條件如下：(1) 電源電壓：220V；(2) 負(fù)載功率：4kVA(根據(jù)負(fù)載的參數(shù)確定)；(3) 負(fù)載電流：6AIPM 是采用微電子技術(shù)和先進(jìn)的制造工藝，把智能功率集成電路與微電子器件及外圍功率器件組裝成

17、一體，它不僅把功率開(kāi)關(guān)器件和驅(qū)動(dòng)電路集成在一起，而且還內(nèi)藏有過(guò)電壓、過(guò)電流和過(guò)熱等故障檢測(cè)電路，它由高速低功耗的管芯、優(yōu)化的門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路以及快速保護(hù)電路構(gòu)成，即使發(fā)生負(fù)載事故或使用不當(dāng)，也可以使 IPM 自身不受損壞。圖 32 IPM內(nèi)部框圖IPM的內(nèi)部框圖如圖 32所示，模塊內(nèi)部主要包括欠壓保護(hù)電路、IGBT 驅(qū)動(dòng)電路、過(guò)電流保護(hù)電路、短路保護(hù)電路、溫度傳感器、過(guò)熱保護(hù)電路、門(mén)電路和 IGBT 單元等。3.1.2 主電路參數(shù)計(jì)算(1) 有源電力濾波器容量計(jì)算有源電力濾波器容量為： 式中E為相電壓有效值；為補(bǔ)償電流有效值有源電力濾波器只補(bǔ)償諧波時(shí) 由式2-4與式2-5可得主電路電流約為1.5，

18、濾波器的容量為990，可取1并聯(lián)型有源電力濾波器的額定工作條件如下：電源相電壓220V；負(fù)載功率4kVA；并聯(lián)型有源電力濾波器的額定容量1kVA (2) 主電路交流側(cè)電感的計(jì)算交流側(cè)電感的選擇必須滿足并聯(lián)型有源電力濾波器對(duì)期望諧波電流的跟蹤能力，所以電感選擇不宜過(guò)大，但是當(dāng)電感選擇較小時(shí)，會(huì)使并聯(lián)型有源電力濾波器的實(shí)際補(bǔ)償電流相對(duì)于期望補(bǔ)償電流具有很大的超調(diào)，毛刺較大。因此，電感的選擇應(yīng)該綜合考慮補(bǔ)償電流跟蹤能力以及電流超調(diào)兩方面的要求陳堅(jiān).電力電子學(xué)M.北京:高等教育出版社.2004.。首先，為了滿足電流跟蹤能力，并聯(lián)型有源電力濾波器的實(shí)際補(bǔ)償電流變化率應(yīng)大于期望補(bǔ)償電流的最大變化率。即 K

19、可以通過(guò)仿真方法獲得對(duì)于來(lái)說(shuō)，在一個(gè)電網(wǎng)周期中，當(dāng) 時(shí)達(dá)最大值。所以電感應(yīng)滿足 其次電感的選擇必須保證補(bǔ)償電流超調(diào)不宜過(guò)大。設(shè)允許的最大電流誤差范圍為I ，則有 綜合式2-7與式2-8可得電感的取值范圍為 3.2 控制電路設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)是并聯(lián)型有源電力濾波器的核心。控制系統(tǒng)檢測(cè)主電路的電流和電壓信號(hào)，經(jīng)相應(yīng)的運(yùn)算，產(chǎn)生占空比變化的脈動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)變流器中的開(kāi)關(guān)器件動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)主電路的控制。3.2.1 直流側(cè)電壓的控制由于APF在工作時(shí)的能量損耗會(huì)引起其直流側(cè)電容電壓降低，為保證PWM逆變器正常工作，Udc應(yīng)該維持恒定。因此要穩(wěn)定直流電壓必須從系統(tǒng)中吸收有功電流來(lái)維持直流電壓的穩(wěn)定。實(shí)際研究表明，直

20、流側(cè)電容電壓的控制只需通過(guò)對(duì)主電路進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂萍纯蓪?shí)現(xiàn)，當(dāng)然如果要求對(duì)短時(shí)有功(沖擊)進(jìn)行補(bǔ)償，必須采取傳統(tǒng)的方法。通常將直流側(cè)電容電壓與給定參考電壓的差經(jīng)過(guò)比例積分（PI）變換后的輸出ip疊加到APF參考電流的瞬時(shí)有功電流直流分量中，則在得到的指令電流信號(hào)中包含一定的基波有功電流,使得有源電力濾波器的補(bǔ)償電流中包含一定的基波有功電流分量,從而使有源電力濾波器的直流側(cè)與交流側(cè)交換能量,將直流側(cè)電壓Udc維持在給定值Udcf中，從而使有源電力濾波器的直流側(cè)與交流側(cè)交換能量,完成對(duì)電容電壓的控制。直流側(cè)電壓控制原理圖如圖 33所示。圖 33直流側(cè)電壓控制原理圖3.2.2 濾波電路設(shè)計(jì)并聯(lián)型有源電

21、力濾波器是為解決電網(wǎng)中由非線性負(fù)荷所產(chǎn)生諧波電流引起的電能質(zhì)量問(wèn)題而設(shè)計(jì)的一種電力電子設(shè)備，其通過(guò)檢測(cè)負(fù)荷側(cè)電流，提取畸變電流分量，再利用 PWM 逆變器產(chǎn)生脈寬調(diào)制波，經(jīng)輸出低通濾波器(LPF)濾除開(kāi)關(guān)紋波后并入電網(wǎng)中，從而產(chǎn)生與負(fù)荷諧波電流大小相等且相位相反的補(bǔ)償電流注入電網(wǎng)，從而抵消負(fù)荷諧波電流，使電源側(cè)電流接近正弦波，以達(dá)到改善電網(wǎng)電能質(zhì)量的目的。輸出電流只含有50 次及以下的諧波電流，對(duì)于開(kāi) 50 次以上的諧波分量應(yīng)有效的濾除。本文采用了LCR濾波，同時(shí)也作為緩沖吸收電路，具體電路如圖 34。圖 34 濾波電路3.2.3 電流檢測(cè)電路設(shè)計(jì)在控制系統(tǒng)中，為了實(shí)時(shí)計(jì)算諧波，必須對(duì)非線性負(fù)

22、載電流和實(shí)際補(bǔ)償電流進(jìn)行檢測(cè)，本文采用CSK7-5A直測(cè)式霍爾電流檢測(cè)器件。它對(duì)直流和交流電流都能進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)的延遲小于1us，因此是比較理想的電流檢測(cè)元件。電流檢測(cè)電路如圖 35所示。圖 35 電流檢測(cè)電路3.2.4 電壓檢測(cè)電路設(shè)計(jì)圖 36 電壓檢測(cè)電路為了確定采樣的起始時(shí)刻，需要確定電壓的相位信號(hào)，另外，在電流諧波指令計(jì)算時(shí)，也需要知道正弦波電壓的相位。將a相電壓經(jīng)隔離降壓后引入到控制電路中，經(jīng)濾波整形后，產(chǎn)生與a相電壓同頻同相的方波信號(hào)，由CD4046與BCD加法計(jì)數(shù)器CD4518構(gòu)成的倍頻電路對(duì)此方波電壓信號(hào)進(jìn)行鎖相，保證采樣信號(hào)同步，形成100倍頻的脈沖信號(hào)。檢測(cè)電路如圖 36所

23、示。圖 36 電壓檢測(cè)電路4 系統(tǒng)仿真MATLAB及其simulink可視化仿真平臺(tái)在控制系統(tǒng)中應(yīng)用非常普遍。MATLAB工具箱包含很多模塊，如電力系統(tǒng)模塊，數(shù)學(xué)運(yùn)算模塊等等，利用這些模塊，在simulink中下可以迅速建立起各種模型，直接仿真，使用十分靈活方便。本設(shè)計(jì)利用MATLAB的simulink對(duì)并聯(lián)型有源電力濾波器系統(tǒng)搭建數(shù)學(xué)模型、進(jìn)行仿真，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析。4.1 仿真模型建立4.1.1 系統(tǒng)仿真模型并聯(lián)型有源電力濾波器系統(tǒng)的整體仿真模型如圖 41所示，非線形負(fù)載模塊采用帶阻容負(fù)載的二極管不控整流橋作為諧波源。三相電流和a相電壓通過(guò)三個(gè)電流檢測(cè)元件（CurrentMeasure

24、ment）和一個(gè)電壓檢測(cè)元件（VoltageMeasurement）檢測(cè)后送給諧波檢測(cè)模塊（cauculate），檢測(cè)模塊通過(guò)運(yùn)算得出指令電流，指令電流再和主電路模塊（main）輸出的實(shí)際補(bǔ)償電流通過(guò)sum模塊進(jìn)行比較后送給PWM發(fā)生器產(chǎn)生PWM信號(hào)來(lái)控制主電路開(kāi)關(guān)器件的通斷，進(jìn)而控制實(shí)際補(bǔ)償電流跟蹤指令電流的變化來(lái)補(bǔ)償系統(tǒng)的諧波。圖 41并聯(lián)有源濾波器系統(tǒng)仿真圖 4.1.2 主電路仿真模型圖 42 主電路仿真模型有源電力濾波器的補(bǔ)償電流ic是通過(guò)主電路直流側(cè)電容電壓和交流側(cè)電源電壓的差值作用于電感上產(chǎn)生的。變流器直流側(cè)接有大電容，在正常工作中，電容電壓基本保持不變，并聯(lián)型有源電力濾波器主電路

25、的仿真如圖 42所示，圖中直流側(cè)的大電容用恒定的直流電壓源來(lái)代替。最后將模塊進(jìn)行封裝為main。4.1.3 諧波電流檢測(cè)電路仿真模型采用 ip-iq檢測(cè)法來(lái)檢測(cè)電網(wǎng)中的諧波電流，根據(jù)圖 33，在MATLAB中搭建諧波檢測(cè)電路如所示，并將模塊進(jìn)行封裝為cauculate。圖 43 諧波電流檢測(cè)電路仿真模塊三相負(fù)載電流經(jīng)過(guò)3/2變換成有功電流（基波和諧波有功分量）和無(wú)功電流（基波和諧波無(wú)功分量），然后通過(guò)低通濾波器進(jìn)行濾除 ip、iq中的高次分量ipf和 iqf，得到基波電流的有功分量和無(wú)功分量，最后經(jīng)過(guò)2/3變換和C模塊由有功分量和無(wú)功分量、進(jìn)行ip-iq算法反變換得到三相電流基波分量。最后，各

26、相電源電流和電流基波分量相減，得到各相諧波電流，即補(bǔ)償電流的指令信號(hào)。諧波電流檢測(cè)電路仿真見(jiàn)圖 43，3/2、2/3變換可以直接由dq0_to_abc Transformation充當(dāng)，C變換可由Simulink 中的Math、 Operation 等模塊組成，裝成模塊接到檢測(cè)電路，內(nèi)部仿真模型如所示，它的反變換實(shí)現(xiàn)方式類(lèi)似。圖 44 C變換模塊內(nèi)部模型4.2 仿真結(jié)果與分析當(dāng)負(fù)載端為三相橋式二極管整流電路帶阻感性負(fù)載時(shí)，負(fù)載電阻 R=100 、電感 L=10mH，此時(shí)非線性負(fù)載是三相對(duì)稱(chēng)的。由于三相對(duì)稱(chēng)，所以 A、B、C 三相的波形相同，只是相位不同。為了方便起見(jiàn)，這里只給出 A 相的仿真結(jié)

27、果4.2.1 補(bǔ)償前電網(wǎng)電流仿真波形分析補(bǔ)償前 A 相電網(wǎng)電流的波形如圖 45所示及頻譜分析如圖 46所示。圖 45 補(bǔ)償前 A 相電網(wǎng)電流的波形圖 46 補(bǔ)償前 A 相電網(wǎng)電流頻譜分析由圖 45和圖 46知，補(bǔ)償前電網(wǎng)電流波形已經(jīng)發(fā)生了畸變，通過(guò)頻譜分析得出 A 相電網(wǎng)電流的總諧波畸變率30.9%，高次諧波含量較大。4.2.2 補(bǔ)償后電流仿真波形分析補(bǔ)償后，A相電網(wǎng)電流波形如圖4-7所示，其頻譜圖如圖4-8所示，設(shè)PWM的開(kāi)關(guān)頻率為10kHz圖 47 補(bǔ)償后A相電流波形通過(guò)頻譜分析得出 A 相電網(wǎng)電流的總諧波畸變率8.95%,較補(bǔ)償前有明顯的改善。圖 48補(bǔ)償后 A 相電網(wǎng)電流頻譜分析逆變器輸出的A相補(bǔ)償電流波形如圖4-9所示，其平均值大約1.5A與理論設(shè)計(jì)相符合。圖 49 逆變器輸出A相補(bǔ)償電流波形從仿真結(jié)果上看，本文設(shè)計(jì)的有源濾波器的諧波檢測(cè)環(huán)節(jié)能夠快速、準(zhǔn)確地分離出電網(wǎng)諧波電流；從仿真結(jié)果上看，諧波補(bǔ)償環(huán)節(jié)能夠?qū)崟r(shí)、有效地進(jìn)行諧波補(bǔ)償5 收獲與體會(huì)本設(shè)計(jì)采用的ip-iq檢測(cè)法的諧波電流檢測(cè)方法具有很好的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性，通過(guò)simulink的模塊開(kāi)發(fā)功能，在simulink下建立了有源濾波器的仿真實(shí)現(xiàn)模型，編制和調(diào)試了本文設(shè)計(jì)的有源濾波器的檢測(cè)和控制模塊。有源濾波器對(duì)