三相四线制不对称系统有源电力滤波器的研究

1、Research & Exchange研究与交流三相四线制不对称系统有源电力滤波器的研究王群京 许维国 李国丽 漆 星合肥工业大学（230009）Research of Active Power Filters Based on Three-phase Four-wire Unbalanced SystemsWang Qunjing Xu Weiguo Li Guoli Qi XingAutomation Hefei University摘 要：通过对并联有源电力滤波器的系统结构和根据中线电流补偿方式不同，应用于三相四工作原理的分析后，采用一种适用于三相四线制不对称系统的任意次谐波电流

2、的无锁相环的检测和三维空间矢量脉宽调制技术，对有源电力滤波器进行了建模及仿真，验证控制算法的正确性。关键词：有源电力滤波器 三维空间矢量脉宽调制Abstract: By analyzing the system structure and 三相四线制不对称系统 仿真mechanism of shunt active wave lter,the paper presented a novel 3-dimensianal space vector modulation technique and detection method without phase lock loop(PLL for a

3、3-phase 4-wired unbalanced system. The active power filters of a three-phase four-wire unbalanced system was applied and simulated,the result veri ed correctness of the control method.Keywords: Active power lter 3D-SVPWM Three-phase four-wire unbalanced system Simulink线并联有源电力滤波器的拓扑结构主要有两种：三桥臂PW M变流器

4、和四桥臂PW M变流器。本文以带电容中点的三桥臂PW M变流器为主电路的三相四线并联有源电力滤波器为研究对象。有源电力滤波器系统由指令电流的运算电路（谐波检测电路）和补偿电流发生电路构成3，系统的结构如图1所示。在非对称三相四线制系统中，由于中线电流的存在，通常适用于三相三线制系统的有源电力滤波器在此并不适用。针对这种情况，研究一种适用于三相四线制非对称系统的有源电力滤波器。在谐波检测环节采用任意次谐波电流的无锁相环的检测方法来减小电路设计和调试难度，同时增强抗干扰能力；在补偿电流控制环节采用了三维空间矢量脉宽调制（3D-S V P W M）技术来解决中线电流补偿问题以及提高补偿精度。有源电力

5、滤波器（AP F）的基本工作原理是，实时检测补偿对象的电压和电流，经指令电流的运算电路计算得出补偿电流（谐波）的指令信号，该信号经补偿电流发生电路放大，得出补偿电流，补偿电流与负载电流中要补偿的谐波相等、相位相反，相互抵消，最终得到期望的电网电流，使电网电流成为与电压同相位的正弦波，从而达到抑制谐波的目的。2 并联电力有源滤波电路的控制方法2. 1 无锁相环的i p -i q 法检测谐波电流年第 6 期 391 并联型有源电力滤波器的结构与原理研究与交流基于瞬时无功理论的i p -i q 方法4，需要使用Research & Exchange可见，两者之差很小。通常在实际工程应用锁相环

6、电路（PL L），但是PL L在实际工程应用中易受信号的干扰，也会给电路设计和调试增加难度，所以本文采用一种无锁相环的任意次电流检测的方法5，即可以考虑设定一个恒定的矩阵C 0，其对应的角频率为一个定值0，省去了PLL，原理图如图2。的LP F并不完全只通过直流，一般情况都要设定一个较低截止频率f 06，即使在0偏离较大（）时，对应的频率不超过±0.5Hz。这样i 1p 和i 1q 经过LP F滤波后，还可以分离出相应的低频分量i 1p 和i 1q ，即： -i 1p1-i 1q1 11cos (n -0 t + 1111sin (n -0 t +11（3）由图2可知：i 1a1i

7、1b1i 1c1-图2 无锁相环谐波电流检测方法 -i 1p1i 1q1设：设实际电网频率f ，对应的角频率=2f ，且sin 0t -cos 0t C =-cos 0t -sin 0t 可以得出：i i i 1n cos (n -0 t +1n cos (n +0 t +2n I 1n sin (n -0 t +1n sin (n +0 t +2n （1）11sin (t +11211sin (t +11- （4）3211sin (t +11+3分析可知，式（4）与用传统的带有锁相环i p -i q 完全相同，对最终的检测结果没有影响。所以，无锁相环的i p -i q 法检测谐波电流的方法是

8、可行的。2.2 有源电力滤波器补偿电流的控制方式i 1pi 1q（2 ）补偿电流控制是实现有源电力滤波器功能的核心环节，以往有很多关于不同脉宽调制（SP W M）技术的研究，如正弦波SP W M、跟踪但这些只型SP W M 和空间矢量调制技术等7，二维，局限在、而二维调制技术无法解决三相四线系统中的中线电流问题。文中的基于中点引出式三桥臂逆变器，采用三维空间矢量脉宽调制电力系统正常的频率允许偏差为±0.2Hz，当系统容量较小的时候，可以放宽到±0.5Hz，如设=2f 0=100，则：|-0|=|2（f -f 0）|2（50+0.5）-50|=图3 系统仿真 40 2008

9、年第 6 期Research & Exchange研究与交流Fundamental(50Hz=1.401, THD=0.14%间矢量脉宽调制不同。在三维空间矢量调制中，有8个不同的空间电压矢量对应于8组开关模式，零矢量的作用也不再局限于减小开关损耗、优化开关序列，而可合理利用零矢量的作用来补偿中线电流。空间矢量调制（3D-S V P W M）技术电流方法能3 仿真结果及其分析根据图1的系统结构，在MA T L A B中进行仿图4所示为流进负载的电流，也就是补偿够很好补偿三相电流和中线电流。图6为补偿后电流谐波的频谱分析，从中可以看出，电流的THD=0.14%，可见补偿效果较好。真，系统

10、仿真图如图3所示。前的电流波形。图5为补偿后的电流波形。从图4与图5的比较来看，使用无锁相环电流检测与2 1 0-1-22 1 0.1 0.24 结束语本文所研究的有源电力滤波器，其中两个关键环节使用的无锁相环的电流检测与空间矢量调制（3D-SV P W M）技术是有源电力滤波器两大特点，无锁相环的电流检测环节省去了传统电流检测环节的锁相环，使得电路结构更加简单，降低了设计和调试的难度，在DS P实际算法中有很好的使用价值。而空间矢量调制（3D-SV P W M）技术解决了三相电流不平衡时，中线补偿问题，提高了补偿精度。仿真结果表明此方法的正确性。参 考 文 献图4 补偿前的电流波形1 卓 放

11、，杨 君三相四线制有源电力滤波器主电路的结构形式与控制J电工电能新技术2000，19（2）2 卓 放，杨 君三相四线制系统并联型有源电力滤波器实验研究J电力电子技术1999，33（6）3 王兆安，杨 君等谐波抑制和无功功率补偿M机械工业出版社，20064 罗 安电网谐波治理和无功补偿技术及装备M中国电力出版社，20065 杨 柳，刘会金等三相四线制系统任意次谐波电流的检测新方法J中国电机工程学报2005，25（13）6 Lai L L，Chan w lreal-time frequency and harmonic evaluation using artificial neural network.IEEE Transactions on Power DeliveryJ，1999，14（1）7 Holtz Jpulsewidth Modulation-A surveyIEEE Trans on Industrial ElectronicsJ1992，