1、分類號：TN713 U D C：D10621-408-(2012) 2576-0 密 級：公 開 編 號：2008072095成都信息工程學院學位論文基于MATLAB的有源電力濾波器的設計論文作者姓名：申請學位專業：申請學位類別：指導教師姓名（職稱）：論文提交日期： 楊周 電氣工程及其自動化 工學學士 駱德源（副教授） 2012年06月8日基于MATLAB的有源電力濾波器的設計摘要隨著電力電子裝置日益廣泛的應用，電力電子裝置自身所具有的非線性導致了電網中含有大量諧波，這些諧波給電力系統帶來了嚴重的污染，嚴重危害了用電設備和通信系統的穩定運行。雖然傳統的無源電力濾波器具有結構簡單、成本低、技術成

2、熟、運行費用低等優點，但同時也有一些缺點，例如只能抑制固定的幾次諧波，并對某次諧波在一定條件下會與電網阻抗產生諧振反而而使諧波放大。目前，諧波抑制的一個重要趨勢是采用有源電力濾波器，有源電力濾波器也是一種電力電子裝置，且相關技術的研究也日漸成為研究的熱點。本文闡述了幾種常見APF的拓撲結構及各自的優缺點，詳細分析了基于瞬時無功功率理論的諧波檢測方法，比例控制和前饋控制兩種電流環控制策略以及SPWM和SVPWM兩種調制策略。介紹了電力有源濾波器的基本原理和結構，并設計了并聯型有源電力濾波器的控制系統。該系統包括指令電流運算、PWM控制和驅動電路模塊。在MATLAB中建立了各個子模塊的仿真模型和并

3、聯型有源電力濾波器的整體仿真模型。仿真結果表明,其諧波抑制和無功補償可以達到良好的效果,在技術上是可行的。關鍵詞：電力有源濾波器；諧波；諧波檢測；MATLAB/SIMULINK仿真Design of Active Power Filter Based on MATLABAbstract With the development of power electronic device the increasingly widespread application of power electronic device, which has resulted in a nonlinear networ

4、k contains a large number of harmonics, the harmonic of power systems has brought serious pollution, serious harm to the electrical equipment and the stable running of the communication system. although the traditional passive power filter has the advantages of simple structure, low cost, mature tec

5、hnology, low running costs, but it also has some disadvantages, such as only the inhibition of stationary harmonics, and a harmonic under certain conditions and the grid impedance resonance instead of the harmonic amplification.Currently, the harmonic suppression is an important trend of active powe

6、r filters, active power filter is a power electronic devices, and related technologies are increasingly become a hot topic. This paper describes the topology and their advantages and disadvantages of several common APF, a detailed analysis of the harmonic detection method based on instantaneous reac

7、tive power theory, and proportional control and feedforward control of two current-loop control strategy, and both SPWM and SVPWM modulation strategy. Introduced the basic principles and structure of the active power filter, and design of a shunt active power filter control system. The system consis

8、ts of the command current operation, PWM control and drive circuit module. Simulation model of the various submodules and parallel active power filter simulation model in MATLAB. The simulation results show that the harmonic suppression and reactive power compensation to achieve good results, is tec

9、hnically feasible.Key words: Active power filter; harmonic; harmonic detection; MATLAB / SIMULINK Simulation目錄論文總頁數：25頁1.1課題背景 . 11.1.1諧波基本概念 . 11.1.2諧波主要危害： . 11.2國內外研究現狀 . 31.3本課題研究的意義 . 31.4本課題研究方法 . 41.5本文研究的內容 . 42.有源電力濾波器 . 42.1抑制諧波方法 . 22.2 APF的工作原理和結構 . 42.2.1 APF的基本原理和種類 . 52.3 APF的諧波檢測方法 .

10、 62.3.1 基于頻域的檢測方法 . 62.3.2 瞬時空間矢量法 . 62.3.3 有功分離法 . 62.3.4 自適應檢測法 . 72.3.5 同步測定法 . 72.4 APF的補償電流控制方法 . 72.4.1 三角載波控制 . 72.4.2 滯環比較控制 . 72.4.3 變結構控制 . 72.4.4 無差拍控制與差拍控制 . 82.4.5 單周控制（又稱積分復位控制） . 82.4.6 空間矢量調制 . 83源電力濾波器諧波檢測及控制策略 . 83.1 瞬時無功功率理論簡介及其應用 . 83.1.1 瞬時無功理論定義 . 83.1.2三相電路諧波和無功電流實時檢測 . 103.2

11、SVPWM調制策略 . 114.電力有源濾波器的仿真實現 . 154.1 源電力濾波器仿真模型的建立 . 154.1.1 APF的系統仿真模型 . 154.1.2 非線性負載模型 . 154.1.3 諧波檢測模型 . 164.1.4 PWM信號的產生 . 184.2仿真結果 . 19結論 . 22參考文獻. 22致謝 . 23聲 明. 241引言電能是現代社會的主要能源之一，在各行各業中有著廣泛的應用，電能質量的好壞直接關系到國民經濟的總體效益。理想的供電系統對負荷供電時，應該保持三相平衡對稱，電壓電流波形皆為單頻恒定正弦波，電能質量不受負載變化的影響。隨著電力電子裝置及非線性、沖擊性設備的廣

12、泛運用，諧波和低功率因數等問題越來越嚴重。目前的大型企業中，幾乎每家企業都或多或少有著電網污染的現象。在供電的過程中電壓的波形會由于某些原因而偏離正弦波形，即產生諧波。并且在電力的生產、傳輸、轉換和使用的各個環節中都會產生諧波。供電系統中的諧波問題已經引起了社會各界的廣泛關注，為了保證供電系統中所有的電氣、電子設備能在電磁兼容意義的基礎上進行正常、和諧的工作，必須采取有力的措施，抑制并防止電網中因諧波危害所造成的嚴重后果。1.1課題相關知識介紹1.1.1諧波基本概念1882年，法國數學家傅里葉（J.FOURIER,1768-1830）指出，一個任意函數都可以分解為無窮多個不同頻率正弦信號的和。

13、基于此，國際電工（IEC:INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION）標準（IEC555-2，1982）定義諧波為：諧波分量為周期量的傅里葉級數中大于1的H次分量。把諧波次數的H定義為：以諧波頻率和基波頻率的之比的整數。電氣和電子工程協會標準（IEEE標準519-1981）定義諧波為：諧波為一個周期波或量的正弦波分量，其頻率為基波的整數倍。總結二者，目前國際普遍定義諧波為：諧波是一個周期電氣量的正弦波分量，其頻率為基波頻率的整數倍9。1.1.2諧波主要危害諧波研究與治理對于現代工業生產意義重大，這是因為諧波不僅降低電能的生產、傳輸和利用效率，而且給供、用

14、電設備的正常運行帶來嚴重危險。對于電力系統，諧波會放大系統局部并聯諧振或串聯諧振現象，使諧波含量放大，造成電容器等設備燒毀。諧波還會引起繼電保護和自動裝置誤動作，使電能計量出現混亂。對于電氣設備，諧波可以使電氣設備產生振動和噪聲，還可以產生過熱現象，促使絕緣老化，縮短設備使用壽命，甚至發生故障或燒毀。諧波對通信設備和電子設備會產生嚴重干擾。電力系統產生的諧波與普通電話線路傳輸的音頻信號及人耳的音頻敏感信號相比在信號頻帶上具有一定的重疊性，而且二者功率相差懸殊。對于通信的干擾，也是諧波的主要危害之一。諧波污染是電力電子技術發展的重大障礙。電力電子技術是未來科學技術發展的重要支柱。有人預言，電力電

15、子連同運動控制將和計算機技術一起成為21第1頁共25頁世紀最重要的兩大技術。然而，電力電子裝置所產生的諧波污染已成為阻礙電力電子技術發展的重大障礙，它迫使電力電子領域的研究人員必須對諧波問題進行更為有效研究。諧波治理是“綠色電流”的要求。雖然目前還沒有完全證實高次諧波對人，動物以及生態環境的影響，但已有證據表明諧波對生態環境的影響確實存在，并引起了政府和各界人士的注意，開辟出了一個新的研究領域電磁環境對生態的影響。目前，對地球環境的保護已成為全人類的共識。從減少環境污染、維護綠色環境的角度出發，對電力系統這個環境來說，無諧波就是“綠色”的主要標志之一。9因此，諧波治理已經成為電氣工程領域迫切需

16、要解決的問題。1.1.3抑制諧波方法隨著工業、農業和人民生活水平的不斷提高，除了需要電能成倍的增長，對供電質量及供電可靠性的要求也越來越多，電能質量（POWER QUALITY）受到人們的日益重視。 于是各國紛紛出臺措施，制定相關標準。目前濾波是治理電網污染的有效方法，濾波就是將信號中特定的波段頻率濾除的操作，是抑制和防止干擾的一項重要措施。它分為“無源濾波”（PF: PASSIVE FILTER）和“有源濾波”（APF: ACTIVE POWER FILTER）10。（1） 無源濾波圖1-1無源濾波器結構無源濾波器，又稱LC濾波器，是利用電感、電容和電阻的組合設計構成的濾波電路，可濾除某一次

17、或多次諧波，最易于采用的無源濾波器結構是將電感與電容串聯，可對主要次諧波構成低阻抗旁路；單調諧濾波器、雙調諧濾波器、高通濾波器都屬于無源濾波器。無源濾波器具有結構簡單、成本低廉、運行可靠性較高、運行費用較低等優點。基本的無源濾波器的拓撲結構如上圖1-1所示。（2）有源濾波第2頁共25頁目前，諧波抑制的一個重要趨勢是采用電力有源濾波器(ACTIVE POWER FILTER-APF)。有源電力濾波器也是一種電力電子裝置。其基本原理是從補償對象中檢測出諧波電流，由補償裝置產生與該諧波電流大小相等而極性相反的補償電流，從而消除電網中的諧波。這種濾波器能對頻率和幅值都變化的諧波進行跟蹤補償，且補償特性

18、不受電網阻抗的影響，因而受到廣泛的重視，并且在日本等國得到廣泛的應用。有源電力濾波器的基本思想在六七十年代就己經形成。80年代以來，由于大中功率全控型半導體器件的成熟，脈沖寬度調制(PULSE WIDTH MODULATION-PWM)控制技術的進步，以及基于瞬時無功功率理論的諧波電流瞬時檢測方法的提出，有源電力濾波器才得以迅速發展。1.2國內外研究現狀早在20世紀70年代初，日本學者就提出了有源電力濾波器的概念，當時由于電力電子器件制造水平的限制，這項技術沒有引起廣泛的關注。直到80年代，隨著大中功率全控型半導體器件的成熟，脈寬調制(PWM )控制技術的進步以及赤木泰文AKAGI H瞬時無功

19、功率理論的提出，有源電力濾波器才得到迅速發展和完善。作為改善供電質量的一項關鍵技術，有源電力濾波器在日本、美國、德國等工業發達國家得到了高度的重視和日益廣泛的應用，目前世界上APF的主要生產廠家有日本三菱電機公司、美國西屋電氣公司和德國西門子公司等。我國在有源電力濾波器方面的研究起步較晚，1989年才有這方面研究的文章出現，1993年才見到試驗性的工業應用實驗。但近十幾年來，越來越多的研究單位對有源濾波技術開展了深入的理論研究和實驗，這些研究有的已達到或接近國際先進水平。當前研究工作的關鍵是加快有源電力濾波器在生產實際中的應用，提高實際應用水平1。1.3本課題研究的意義隨著電力電子技術的發展，

20、大量由電力電子開關構成的、具有非線性特性的用電設備。廣泛應用于冶金、鋼鐵、交通、化工等工業領域。如電解裝置、電氣機車、軋制機械、高頻爐等使電網中的諧波污染狀況日益嚴重。電網中的高次諧波會造成旋轉電機和變壓器過熱。使電力電容器組工作不正常，甚至造成熱擊穿損壞。對電力系統中的發電機、調相機、繼電保護自動裝置和電能計量等也有很大危害。嚴重時會引發誤動作；造成重大事故。諧波污染對通信、計算機系統、高精度加工機械，檢測儀表等用電設備也有嚴重的干擾。因此，必須采取有效的措施來消除電網中的高次諧波。目前大量采用并聯型無源濾波器來抑制諧波，它由電容器、電抗器、電阻器組成的單調諧濾波器和高通濾波器構成。通過對某

21、些第3頁共25頁次數的諧波呈現低阻來達到濾波的目的。同時還兼顧無功補償的需要。由于并聯型的無源濾波器存在不少問題，影響到實際應用。所以目前的趨勢是采用電力電子裝置進行諧波補償，這就是電力有源濾波器( APF)。與無源濾波器( PF)相比,電力有源濾波器能對變化的諧波進行迅速的動態跟蹤補償，而且補償特性不受電網阻抗的影響. 國外電力有源濾波器的研究以日本為代表，已進入實用化階段,隨著容量的逐步提高，其應用范圍也從補償用戶自身的諧波問題向改善整個電力系統供電質量的方向發展。在裝置技術方面。主要朝提高補償容量、改善補償性能、降低成本和損耗、多功能化和裝置小型化等方向發展。在應用方面，主要致力于針對不

22、同諧波源制定相應的對策，解決最優配置、有源濾波器的相互干擾及其對電網上裝設的LC 濾波器的影響以及停電和瞬間保護等問題。自1976 以來L. GYUGI 提出了并聯有源濾波器方案。到目前為止已經研究出了有關有源濾波器的近十幾種濾波方案，它們各有優缺點，分別應用于不同場合2。1.4本課題研究方法有源電力濾波器是當前對電網中諧波污染補償或抵消的有效手段，本文對有源電力濾波系統的工作原理進行了理論研究和分析。MATLAB /SIMUL INK提供的SIMPOWER工具箱基本涵蓋了電力系統建模和仿真的各個方面。利用SIMPOWER工具箱對有源電力濾波器裝置進行了建模和仿真，能夠將有源電力濾波器的工作過

23、程及有關波形準確直觀地顯示出來,驗證了理論分析的正確性。1.5本文研究的內容本文主要研究內容包括以下幾個方面：第一部分為引言，概述了課題背景、國內外研究現狀、有源電力濾波器發展現狀以及本課題研究方法等。第二部分分析了有源電力濾波器的拓撲結構、工作原理和工作特性。從多個方面出發對有源電力濾波器進行了分類和介紹，并分析了各自的優缺點。第三部分分析了有源電力濾波器諧波檢測方法，并分析了各種諧波檢測方法的工作原理和特性，通過對比選擇 P、Q 算法作為本文諧波檢測方法。第四部分在MATLAB/SIMULINK中建立三相三相制有源電力濾波器的仿真模型，并對各個模塊進行仿真和詳細的闡述。選擇不同的整流負載，

24、對負載電流波形和補償后的電流波形進行對比，驗證了 APF 的補償性能。第五部分對全文做出總結，對有源電力濾波器系統存在的一系列問題進行探討，并提出下一步的展望。2.有源電力濾波器1. APF的工作原理和結構第4頁共25頁1.1.1 APF的基本原理和種類APF 的基本原理是檢測電網中的諧波電流。通過可控功率半導體器件向電網注入與原有諧波電流幅值相等、相位相反的電流, 使電源的總諧波電流為0, 從而達到實時補償諧波電流的目的。其原理框圖如圖2-1所示：圖2-1有源電力濾波器系統原理圖APF的結構形式很多，但其基本原理都是類似的，按電路拓樸結構可分為并聯型APF、串聯型APF和串-并聯型APF。（

25、1）并聯型APF圖2-2為并聯型APF 基本結構。由于與系統并聯, 可等效為一受控電流源。并聯型APF 可產生與負荷電流大小相等、方向相反的諧波電流, 從而將電源側電流補償為正弦基波電流。主要適用于抵消非線性負載的諧波電流、無功補償及平衡三相系統中的不平衡電流等。并聯型APF 在技術上比較成熟。圖2-2 并聯型有源濾波器結構圖（2）串聯型APF圖2-3為串聯型APF基本結構。通過1個匹配變壓器將APF串聯在電源和負載之間, 以消除電壓諧波, 平衡或調整負載的端電壓。與并聯型APF相比, 串聯型APF損耗較大, 且各種保護電路也較復雜。因此, 很少單獨使用串聯型APF, 大多將其作為混合型APF

26、 的一部分。圖2-3 串聯型有源濾波器結構圖（3）串并聯APF圖2-4為串-并聯型APF 基本結構。具有串聯APF 和并聯APF 的優點, 能解決電氣系統發生的電能質量問題, 又稱為萬能APF或統一電能質量調節器。串第5頁共25頁聯型APF將電源和負載隔離，阻止電源諧波電壓串入負載和負載電流流入電網。并聯型APF提供一個零阻抗的諧波支路，把負載中的諧波電流吸收掉。這種方案兼有串、并聯APF的功能，可以抑制閃變、補償諧波、消除共同耦合點處的三相電壓不平衡，具有較高的性價比。該類APF的主要問題是控制復雜、造價較高。圖2-4 串聯并聯型有源濾波器結構2.3 APF的諧波檢測方法文字說明1 基于頻域

27、的檢測方法這是最早應用于指令電流運算的一類方法。其基本思想是利用模擬帶(或陷波)濾波器進行諧波檢測時他的缺點是:當電網頻率波動時,所設計的濾波器中心頻率會發生偏移,加上該中心頻率易受器件參數及溫度影響,會使檢測出的諧波信號中含有大量基波分量，增加了APF的設計容量和有功損耗，因此，已基本不用。2.3.2 瞬時空間矢量法基于瞬時無功功率理論的瞬時空間矢量法是目前三相電力有源濾波器中應用最廣的一種指令電流運算方法。最早是由日本學者 HAKAGI 于1984 年提出，僅適用于對稱三相電路，后經過不斷地改進，現已包括 P-Q 法、IP-IQ法以及 D-P 法等。P-Q 法最早應用，僅適用于對稱三相且無

28、畸變的電網；IP-IQ 法不僅對電源電壓畸變有效，而且也適用于不對稱三相電網；基于同步旋轉 PARK 變換的 D-Q法不僅簡化了對稱無畸變下的指令電流運算，而且也適用于不對稱、有畸變的電網6。2.3.3 有功分離法該方法將被檢測量分解為理想傳輸量(即從公共供電點上看去，負荷是三相對稱且純阻性的,該負荷只消耗有功能量)和另一分量之和,簡單明了、易于實現。但該方法以平均有功功率理論為基礎，至少存在一個工頻周期的延時，實時性較第6頁共25頁差;并且當電源電壓存在畸變時，與電壓諧波同次的諧波電流(有功部分)將被淹沒一部分。另外，該方法不能單獨分離出基波有功分量。2.3.4 自適應檢測法該方法基于自適應

29、濾波中的自適應干擾抵消原理，從負載電流中消去基波有功分量，從而得到所需的補償電流指令值。該方法的突出優點是對電網電壓畸變、頻率偏移及電網參數變化有較好的自適應調整能力，但目前其動態響應速度還較慢。后來又提出了用神經網絡實現的自適應檢測法。2.3.5 同步測定法針對三相不平衡系統提出了同步測定法,可分為等功率法、等電流法和等電阻法3類,即把補償分量分配到三相中去,分別使補償后的每相功率、每相電流或每相電阻相等。該方法的缺點是計算量大、時間延遲大。2.4 APF的補償電流控制方法目前電力有源濾波器的閉環控制策略中最常用的是PI控制，另外國內外的學者還對變結構控制，模糊控制和人工神經網控制等現代新型

30、控制方法進行了研究。APF控制策略還包括開關器件的PWM脈沖信號的形成7。目前PWM生成方式的研究主要集中在載波比較法、滯環控制法、無差拍控制法和空間矢量法等方法上：2.4.1 三角載波控制將電流實際值與參考值之間的偏差經P I調制后與高頻三角載波相比較,所得矩形脈沖作為逆變器開關元件的控制信號,從而在逆變器輸出端獲得所需波形。其優點是動態響應好,開關頻率固定,實現簡單,缺點是輸出波形中含有與三角載波相同頻率的高頻畸變分量,開關損耗較大,在大功率應用中受到限制。2.4.2 滯環比較控制它的原理為:將補償電流參考值與逆變器實際電流輸出值之差輸入到具有滯環特性的比較器中,通過比較器的輸出來控制開關

31、動作,使逆變器輸出值實時跟蹤補償參考值。與三角載波控制相比,滯環比較控制具有開關損耗小、動態響應快、魯棒性好、控制精度高等特點。其缺點是系統的開關頻率、響應速度及電流的跟蹤精度均受滯環帶寬影響。當帶寬固定時,開關頻率會隨補償電流的變化而變化,從而引起較大的脈動電流和開關噪音。為了解決開關頻率變化的問題,提出了基于電壓矢量的滯環電流控制法8。2.4.3 變結構控制變結構控制是一種控制系統的設計方法，適用于線線性及非線性系統。包括控制系統的調節，跟蹤，自適應及不確定等系統。它具有一些優良特性，尤其是對加給系統的攝動和干擾有良好的自適應性。近年來，這種設計方法受到了國內第7頁共25頁外的廣泛重視，得

32、到了很快的發展。但變結構控制對系統的變化和外部干擾不敏感,具有很強的魯棒性。本質上可視為帶寬等于零的滯環比較控制,所以他同樣存在開關頻率高、變化范圍大的缺點。2.4.4 無差拍控制與差拍控制無差拍控制是一種在電流滯環比較控制技術上發展起來的全數字化控制技術。他利用前一時刻補償電流的參考值和實際值,計算出下一時刻的電流參考值及各種開關狀態下的逆變器電流輸出值,然后選擇某種開關模式作為下一時刻的開關狀態,從而達到電流誤差等于零的目標。該方法的優點是動態響應快且易于計算機執行,缺點是計算量大、對系統參數依賴性較大、魯棒性差、瞬態響應的超調量大。2.4.5 單周控制（又稱積分復位控制）單周控制技術具有

33、調制和控制的雙重性,通過復位開關、積分器、觸發電路及比較器達到跟蹤指令信號的目的。其基本思想是控制開關占空比,在每個周期內強迫開關變量平均值與控制參考量相等或成比例。單周控制能在一個周期內自動消除穩態、暫態誤差,前一周期的誤差不會帶到下一周期。這種控制方法具有反應快、開關頻率恒定、魯棒性強、易于實現、控制電路簡單等優點。2.4.6 空間矢量調制SVM ( SPACE VECTOR MODULATION) 技術具有以下優點: 直流側電壓的利用率比SPWM 提高15%;采用不連續開關方式調制時,開關器件的損耗降低1 /3;調制方法便于數字實現。3有源電力濾波器諧波檢測及控制策略3.1 瞬時無功功率

34、理論簡介及其應用三相電路瞬時無功功率理論由日本學者赤木泰文最先提出，此后，該理論經不斷研究逐漸完善。赤木最初提出的理論亦稱P、Q理論，是以瞬時實功率和虛功率的定義為基礎，其主要的一點不足是未有對有關電流量進行定義。該理論的基本思路是：將ABC三相系統電壓、電流轉換成，坐標系上的矢量，將電壓、電流矢量的點積定義為瞬時有功功率；將電壓、電流矢量的叉積定義為瞬時無功功率，然后再將這些功率逆變為三相補償電流。瞬時無功功率理論突破了傳統功率理論在“平均值”基礎上的功率定義，使諧波及無功電流的實時檢測成為可能。該方法對于三相平衡系統的瞬變電流檢測具有較好的實時性，有利于系統的快速控制，可以獲得較好的補償效

35、果。但該方法對于三相不平衡負荷所產生的無功和諧波電流，補償效果則不理想，且只適用于三相系統，不能用于單相系統7。3.1.1 瞬時無功理論定義第8頁共25頁瞬時無功理論在無功補償和諧波檢測等領域都得到了廣泛的應用，以該理論為基礎構成的 APF 可以實現對頻率和大小都變化的無功與諧波電流進行實時的檢測。這種檢測方法有可以分為 P-Q法和IP-IQ法。本論文就是利用IP-IQ法進行諧波與無功電流的實時檢測的。本文研究的系統為三相三線制系統，可以先將三相的電壓和電流轉換到靜止的-系統中9。設三相電路各相瞬時電壓和電流分別為ea，eb，ec和ia，ib，ic，分別將它們變換到兩相正交的-坐標上，兩項瞬時

36、電壓為e，e，電流為i，i，即eFu1=e21302130-1232-1eaea2eb=C32eb (1) 3ecec2iFi=i-1232-1iaia2 (2) ib=C32ib3icic2式中，C32是三相到兩相的坐標變換陣，定義瞬時有功功率 P 和無功功率Q為：uFu1Fip=-uFFqiu1三相電流分別為： uii (3) u現在假設系統三相電壓和三相電流均為正序基波正弦信號時，設三相電壓、uaEmsinwt/3) ub=Emsin(wt-2 （4）/3)ucEmsin(wt+2iaImsinwti=Isin(wt-2/3)bm （5）/3)icImsin(wt+2則變換到-兩相靜止坐

37、標系中的向量為：u3sinwtFu1=Em (6) u-coswt2i3sin(wt-) (7) Fi=Im2-cos(wt-i第9頁共25頁所以得到瞬時有功功率和無功功率為:33p=Fu1Fi=EmImcos,q=Fu1Fi=EmImsin (8) 22從式(8)可以看出，在三相系統的電壓和電流均為基波正序電壓和電流時，按照上面定義計算的瞬時有功功率和無功功率 P 、Q只包含直流分量，并且與傳統的三相有功功率和無功功率計算的結果一樣。瞬時無功功率理論只用了一個時刻三相電壓和電流的數值，所以這種功率計算方法大大提高了計算的效率。3.1.2三相電路諧波和無功電流實時檢測以三相電路瞬時無功功率理論

38、為基礎，計算P、Q或IP、IQ為出發點即可得出三相電路諧波和無功電流檢測的兩種方法，分別稱之為P、Q運算方式和IP、IQ方式4。（A）P、Q運算方式該檢測方法原理如圖1所示。圖中上標- 1表示矩陣求逆。該方法由定義計算的P、Q經低通濾波器LPF濾波得到P、Q的直流分量P1、Q1。電源電壓無畸變時, P為基波有功電流與電壓作用產生, Q為基波無功電流與電壓作用產生。因而,由P、Q即可計算出被檢測電流 IA、IB、IC的基波分量IAF、IBF、ICF 。如式（9）所示：(9)圖3-1p、q運算方式原理將Iaf、Ibf、Icf與Ia、Ib、Ic相減,即得Ia、Ib、Ic的諧波分量Iah、Ibh、Ic

39、h。(B) IP、IQ 運算方式該檢測方法原理如圖2所示。且圖中矩陣C如(10)式所示。(10)第10頁共25頁圖3-2 ip、iq運算方式原理圖該方法用一鎖相環和一正、余弦發生電路得到與電源電壓Ea 同相位的正弦信號sinwt和對應的余弦信號- coswt,這兩個信號與Ia、Ib、Ic一起計算出、Iq ,經LPF濾波得出Ip、Iq的直流分量、。這里,生。是由Iaf、Ibf、Icf 產3.2 SVPWM調制策略采用同步旋轉變換的控制方法得到DQ兩相的電壓給定后，可以采用正弦脈寬調制（SPWM）技術來得到三相VSR六個開關管的開關信號。基本的原理是：根據式(1)的反變換將兩相旋轉坐標系中的電壓給

40、定變換到三相靜止坐標系中，標定后與頻率固定的三角波進行比較，就可以得到脈寬調制信號，這種方法在早期的三相VSR控制中得到了廣泛的應用。近年來隨著算法的不斷改進和控制芯片的迅猛發展，電壓空間矢量脈寬調制技術（SVPWM）被引入高頻變流領域的研究中。(SVPWM)是一種優化的PWM技術，此方法控制簡單，電流波形畸變小，數字化實現方便，能明顯減少交流側電流的諧波成分，提高電壓利用率（比SPWM高15），已有取代傳統SPWM的趨勢。基本的控制思想如下10：定義三相 VSR 網側輸入電壓空間矢量URF：Urf=2(Ua+Ub+2Uc) （11） 3其中=e1j3，根據三相 VSR 開關信號S 的定義，整

41、流器有八種導通模式，對應八個空間電壓矢量：U0(000)、U1(100)、U2(110)、U3(010)、U4(011)、 U5(001)、U6(101)、U7(111)。其中U 1U6六個非零矢量為基本有效矢量，U0(000)、U7(111)為兩個零矢量。在一個電流采樣周期內，開關管的導通總是以零矢量開始并以零矢量結束。用六個非零矢量和兩個零矢量去逼近電壓源，整流器三相橋輸入端會得到等效的三相正弦波波形。這樣對任一空間電壓矢量就可以用兩個相鄰的非零矢量和兩個零矢量去逼近，使三相橋的輸入為等效正弦波。如URF在第一扇區，第11頁共25頁則有：URF TS = U1T1+U2T2 (12)如下圖

42、所示：圖3.1 空間電壓矢量分解圖T1和T2分別為空間矢量U1和U2的作用時間，TS為一個PWM 周期。(1) 空間電壓矢量所在扇區的計算 由于效表示為：定義： ，所以在一個電流采樣周期TS中，URF的作用效果可等，如在第一扇區，則有0arctg(U/U)0且(U/U)。同理可得URF在其他扇區時的等價條件。A=UB=3U-UC=-U-UX=sing(A)+2sing(B)+4sing(C)1這里得 sin g( M)是符號函數，滿足：sing(M)=0矢量所在扇區號(sec)存在如下對應關系：表1 扇區表X 3 1 5 4 （13） M0X 與空間電壓MTS，則過飽和。針對這種情況就需要對T

43、1和T2進行歸一化處理，同時得到零矢量的開通時間：TsT=T11(T1+T2)TsT=T22(T1+T2)T0=Ts-T1-T2（3）開關管導通時間的分配 （17）仍以空間矢量在第一扇區為例來分析開關管導通時間的分配。第一扇區相鄰兩個向量分別為U1(100)和U2(110)，如果采用零矢量對稱的插法，則三相橋臂導通情況可用如下圖表示：第13頁共25頁圖3.2 空間矢量在第一扇區時三相橋臂的開通時間分配此時開關變換順序為：000100110111110100000。同理可以得到其他扇區開關變換轉換順序，如下表所示。表2 各扇區開關變換順序各扇區三相各相橋臂的導通時間計算如下表所示：表3 各相橋臂在不同扇區中的導通時間分配表第14頁共25頁4. 有源電力濾波器的仿真MATLAB 是美國MATHWORKS公司發布的主要面對科學計算、可視化以及交