1、并聯型有源電力濾波器的Matlab仿真摘要：并聯混合型有源電力濾波器能夠很好地實現諧波抑制和無功補償。給出了有源電 力濾波器系統結構，建立了數學模型，還給出了主電路直流側電容電壓值和交流側電感值的選取方法，利用 Matlab simulink PsB構建了仿真模型，得到了仿真結果。關鍵詞：有源電力濾波器；直流側電容電壓；交流測電感：Matlab / simulinkAbstract : Shunt hybrid active power filter can commendably achieve hannonic suppression and reactive power compensa

2、tion. In this paper,it shows the APF s architecture and sets up amathematical model. And the way ofchoosing the value ofthe main circuits voltage ripple of DC side capacitor and the AC side inductance is proposed. MATLAB Simulink PSB is used to build simulation model and then get the simulation resu

3、lts.Key words： APF； Voltage of DC side capacitor； AC side inductance； Matlab / Simulink引言：在諧波含量較高的配電網中，對無功功率補償有著嚴格的要求。目前電力系統中無功補償大 都是采用機械開關控制的電容器投切，諧波補償大多采用無源濾波裝置，負序治理的工作尚 未大范圍開展。另外，無功補償、負序電流補償、諧波抑制是分別單獨地進行的。由于不是 按統一的數學模型綜合地進行治理，常出現顧此失彼的情況，且響應速度慢、經濟性差、安 裝維護工作量大，妨礙了電網污染治理工作的順利進行。有源濾波器的發展歷史有源濾波器的思想最早出

4、現于1969年B.M.Bird和J.F.Marsh的論文中。文中描述了通 過向交流電源注入三次諧波電流以減少電源中的諧波，改善電源電流波形的新方法。文中所 述的方法認為是有源濾波器思想的誕生。1971年日本的H.Sasaki和T.Machida完整描述了 有源電力濾波器的基本原理。1976年美國西屋電氣公司的L.Gyugyi和E.C.Strycula提出了 采用脈沖寬度調制控制的有源電力濾波器，確定了主電路的基本拓撲結構和控制方法，從原 理上闡明了有源電力濾波器是一理想的諧波電流發生器，并討論了實現方法和相應的控制原 理，奠定了有源電力濾波器的基礎。然而，在20世紀70年代由于缺少大功率可關斷

5、器件， 有源電力濾波器除了少數的實驗室研究外，幾乎沒有任何進展。進入20世紀80年代以來， 新型半導體器件的出現，PWM技術的發展，尤其是1983年日本的H.Akagi等人提出了 “三 相電路瞬時無功功率理論”，以該理論為基礎的諧波和無功電流檢測方法在三相有源電力濾 波器中得到了成功的應用，極大促進了有源電力濾波器的發展。與無源濾波器相比，有源濾波器是一種主動型的補償裝置，具有較好的動態性能。有源電力 濾波器是近年來電力電子領域的熱門話題。目前，有源濾波技術已在日本、美國等少數工業 發達國家得到應用，有工業裝置投入運行，其裝置容量最高可達60MV.A；國內對有源電力 濾波器的研究尚處于起步階段

6、。2、APF的基本工作原理有源電力濾波器是一種用于動態抑制諧波、補償無功的新型電力電子裝置。它能對大小和頻率都變化的諧波以及變化的無功進行補償，并可克服LC濾波器等傳統的諧波抑制和無 功補償方法的缺點。有源電力濾波器的工作原理是，檢測補償對象的電壓和電流，經指令電流運算電路得出 補償電流的指令信號，該信號經補償電流發生電路放大，得出補償電流，補償電流與負載電 流中要補償的諧波及無功電流相抵消，最終得到所期望的電源電流。APF（圖1）并聯型有源電力濾波器相當于一個受控電流源，通過和諧波源并聯接入電網注入補償電 流，從而達到抵消電流諧波的目的。并聯型有源電力濾波器主要適用于電流源型感性負載的 諧波

7、補償，技術上已相當成熟，工業上已投入使用的有源電力濾波器多采用此方案。TTirw-Phrase Active Pewgr Fitter 日aFe由 Hnst謫TTiepry與串聯型有源電力濾波器相比并聯型有源電力濾波器通過耦合變壓器并入系統，不會對 系統運行造成影響，具有投切方便靈活以及各種保護簡單的優點。但是當單獨使用并聯型有 源電力濾波器來濾除諧波時，有源電力濾波器容量要求很大，這樣會帶來一系列的問題，如 工程造價高、電磁干擾、結構復雜以及高的功率損耗等。3、APF的諧波檢測方法在電能質量調節器的工作過程中，檢測是一個關鍵環節。只有準確無誤地檢測出電壓或 電流中的畸變量，才能得到準確的參考

8、電壓值。常見的檢測算法有以下幾種：低通濾波器提 取基波分量法、基于Fryze時域分析的有功電流分離法、基于頻域分析的FFT法、自適應 檢測法等。基于瞬時無功功率理論的瞬時空間矢量法是目前應用最廣的一種檢測方法，經過不斷改進， 它包括p -q法、Ip-Iq法，以及d -q法。其中，p-q法適用于電網電壓對稱且無畸變情 況下諧波電流的檢測；基于瞬時無功功率理論的ip-iq法不僅適用于三相不對稱公用電網, 而且對電網電壓畸變也有效，具有較好的實時性，在三相電路中得到了廣泛的應用。本文選 用ip-iq法對系統的諧波和無功電流進行檢測。3.1、, p、 q運算方式C =該方法的原理如下圖所示。圖中sin

9、 tcos tcos tsin tC = Ct，2332iaibic(圖2)p、運算方式的原理圖該方法中，需要用到與相電網電壓a同相位的正弦信號sin()和對應的余弦信號 cos(wt)，他們由一個鎖相環(PLL)和一個正、余弦信號發生電路得到。據定義可以計算. . . . . . . . . . . .11IIi ii i 一 . I I I 、一出p、 q，經LPF濾波得出p、 q的直流分量p、q。這里p、q是由af、 bf、 cf產生 的，因此由p、iq即可計算出af、bf、icf。當要同時檢測出被補償對象中諧波和無功電流，只需要斷開圖2中計算iq的通道即可。T:、.ii i i ii

10、i i i這時，由p即可計算被檢測電流a、 b、c的基波分量apf、bpf、cpf，進而計算出a、 b、lc的諧波分量和基波無功分量之和。3.2、指令電流發生模塊指令電流發生模塊如圖2所示。在該模塊中完成諧波和無功電流的提取。模塊輸入量分 別為:單相電源電壓信號和三相負載電流信號。其中，電壓信號經過鎖向環后得到sin和 COS信號，它與電流信號分別經abc/ipiq變換和低通濾波器LPF(Lower Pass Filter)進 行信號處理后，再作ipiq/abc逆變換，得到基波有功電流。基波有功電流與負載電流相減，便 可得到期望補償電流，即輸出指令電流。仿真模型如圖所示。(圖3)4、APF補償

11、電流控制方法目前，APF常用的控制方法是各種PWM(脈寬調制)控制方法，最主要的方式為滯環比較 法和三角波比較法。圖3為采用滯環控制獲得開關決策的方法。Is(圖4)滯環電流控制方法(Hysteresis Current Control, HCC)是目前應用非常廣泛的一種非 線性閉環電流控制方法。它利用滯環比較器形成一個以0為中心、H和一H為上下限的滯環或 死區，通過把補償電流和指令電流的差值控制到規定的滯環寬度(誤差限)范圍之內，來控制 逆變器的開關動作。滯環控制方式有如下特點：硬件電路簡單；屬實時控制方式，電流響應快；不需載波，輸出電壓中不含特定頻率的諧波分量；若滯環的寬度固定，則電流跟隨誤

12、差的范圍固定，但電力半導體器件的開關頻率是(1)(2)(3)(4)變化的。滯環比較控制方式中，滯環比較器的滯環寬度(記作H )對補償電流的跟隨性能有較大的影響，當H較大時，開關通斷的頻率較低，故對電力半導體器件的要求不高，但跟隨誤 差較大，補償電流中高次諧波較大。反之，當H較小時，雖然跟隨誤差較小，但開關頻率 較高。在采用滯環比較器的瞬時值比較方式中，滯環的寬度通常是固定的，因此導致主電路中 電力半導體器件的開關頻率是變化的。尤其是！的變化范圍較大時，首先，在！較小的時候， 固定的滯環寬度可能使補償電流的相對跟隨誤差過大；其次，在！較大的時候，固定的滯環 寬度又可能使器件的開關頻率過高，甚至可

13、能超出器件允許的最高工作頻率而導致器件損 壞。4.1、補償電流控制模塊補償電流控制模塊如圖5所示。該模塊輸入量為指令電流iah*，ibh*，ich*,逆變器輸 出電流iah,ibh,ich。該模塊輸出PWM脈沖觸發有源電力濾波器的逆變主電路，使逆變主電路 產生的補償電流能夠跟蹤指令電流，從而達到抑制諧波電流的目的。（圖5）除了上述主要的仿真模塊外,另外還要有有源電力濾波器的逆變主電路、三相電感匚和直 流側電壓，共同使用，便可得到整個有源電力濾波系統仿真模型。4.2、參數選取（1）直流側電壓的選取要使補償電流能準確跟蹤指令電流信號，必須使主電路直流側電容電壓大于供電系統電源接 入點相電壓峰值的3

14、倍，且此電壓越大，補償電流的跟蹤的效果越好，但同時對電容的耐壓 水平的要求更高。（2）直流側電容的選取當主電路直流側電容選取過小時，會使主電路直流側電壓波動過大，影響有源電力濾波器的 補償效果；而取值過大時，又會使主電路直流側電壓的動態相應變慢，電容成本過高，體積龐大。1（3）交流側電感的選取它直接影響電感的跟蹤性能及補償電流的紋路大小。電感取值多小時，補償電流出現較多毛 刺；當電感取值過大時，則有源電力濾波器補償的動態性能變差，補償電流只能跟蹤指令電 y, =4 * -芯）牛扁流中頻率較高的諧波分量，而對高頻分量無法跟蹤。止5、仿真結果Selected signal: 5 cycles. FFT window (in red: 1 cycles00.020.040.0&0.080.1Time (s圖7和圖8分別為并聯型有源電力濾波器在投入前后的三相電流波形，諧波率分別為 24.72%和2.60%。從圖中可以看出，投入APF后，有效的濾除了電網中的諧波電流。200-20： FT analysis5 o (-EcCDEEPUnLLo邕 Be巨Selected signal 5 cycles. FFT window (in red: 1 cycles00.020.040.060.080.1Time (s)(圖