基于MATLAB的电力有源滤波器的仿真研究

1、武汉（南方九省）电工理论学会第十七届年会论文集基于的电力有源滤波器的仿真研究周永旺，王钢（：华南理工大学电力学院，广东工业大学自动化学院，广东省广州市；：华南理工大学电力学院，广东省广州市）摘要：随着非线性负载的广泛应用，电网的污染越来越严重，为了改善电网的运行质量人们采用了很多不同的方法，其中电力有源滤波器是效果比较理想的装置。本文阐述了电力有源滤波器的自适应检测法电流检测及控制方法的原理，并作了仿真。关键词：有源滤波器；自适应检测；仿真基波有功、无功电流平均值。然后，此平均值再分别与。（）和（）相乘，就得到了瞬时基波有功、无功电流，、。而，（）。他们反馈后与，（）相减，于是输出。（）就只剩

2、下（）了。引言随着电力电子器件及其它非线性元件的广泛应用，使电网的污染越来越严重，为了改善电网质量人们采用了很多不同的方法，而现阶段电力有源滤波器是效果比较理想的装置，它不仅能消除谐波，还可作为无功补偿装置。【冽枷。嗍烈是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包，它支持连续、离散或者两者混合的线性和非线性系统，也支持具有电啊多种采样速度的多速度系统。本文基于乙蛆仿真系统对实际电路所等效的模拟电路进行了仿真，其中着重对其检测电路区蛰；坍图有源滤波器基本原理图。一一一一一萄匾圃负的仿真结果做成了比较全面的分析，以确定本文所应用的电力有源滤波器的设计在实际中的可行性、效用性和合理性。电流检测电

3、路采用的方法及仿真效果谐波的检测是电力有源滤波器的关键环节，它对检测的实时性要求很高，本文采用的是一种自适应电网谐波检测的方法。如图所示，（）为电网电压信号，该信号经中心频率为的带通滤波器滤除谐波电压后获得基波电压信号，基波信号再经。相移后得信号（）和（）。（）和如（）为与电网电压同步的信号，。（）为电源侧电流，（）、。（）分别为电源侧基波电流和谐波电流。若输出。（）（）（），此时，（）、（）与。（）相乘，其结果是只有。（）中的基波有功分量和无功分量分别与（）和（）相乘后才能得到的直流信号，而其它信号相乘后只能得到交流信号。这样一来，直流信号经周期平均化得到图电网谐波自适应检测原理图关于此电路

4、，令。（），（）（）。且平均化所用积分器增益为。可求得自适应谐波检测电路的传递函数为：（）兰：丝以由上式可知：）当时，叫，即系统对工频有无限大的衰减。并且即是工频发生偏移，系统中心频率也随之变化，自动适应。）当或时，（近似为，周永旺等基于的电力有源滤波器的仿真研究这保证了谐波信号的顺利过关。）当电网电压畸变时，产生相移的两个正交参考信号（）的干扰会被抵消，系统仍只输出谐波。可见，这是个理想的自适应谐波检测系统。相移在实际与仿真系统中的实现相移在仿真系统中的实现只需在仿真软件自带的编程系统里面按要求使用符合该软件的语言编写相应的程序即可。在心仿真系统里面实现相移的程序如下：，嘲（，），。：（，）

5、：，。：口：（。（）】）：，：。：。：（）：】：【】：（，）（）：把该程序构建成为系统可用的应用模块，命名为，在检测电路中使用，以实现相移的功能。电流检测电路在里面的仿真电路及其检测波形在里面的单相仿真如图所示，在该图中，由。输出的就是谐波电流，如图所示为时的情况，图为输入波形是的方波，图为与其对应的谐波；由输出的是基波有功电流分量，图为方波的有功基波；由输出的是基波无功电流分量，图为方波的无功基波。图电流检测的仿真电路图的方波图方波的有功图方波的无功如图所示为时的情况，其中图为输入波形是的方波，图为与其对应的谐波；图为方波的有功基波，图为方波的无功基波。万为五，图方波图方波的谐波图方波有功图

6、方波无功在系统中的仿真及其效果如图所示为实现三相电力有源滤波器在电武汉（南方九省）电工理论学会第十七届年会论文集网中的谐波及无功补偿的检测仿真电路原理图。图是在系统中模拟电网三相实际电路图。此电路主要有四大部分构成，分别是电源、谐波检测、逆变控制和负载。电源就是取在系统里面现有的、的正弦电源发生器；检测电路就是把所研究的谐波检测部分做成一个构建应用到整体电路里面；逆变控制就是把控制逆变部分做成一个构建应用到整体电路：而负载我们所需的是能产生谐波的电路取模拟实际电路中的谐波发生源，在这里采用了三相半波整流电路来模拟负荷的要求。图三相检测的仿真电路图三相电网电路的仿真电路中还需要一些的辅助元器件，

7、例如变压器、电流电源检测器件、电容、电阻和电抗等都按实际电路在中的模拟要求进行了连接。在没有接入电力有源滤波器之前的中的电压及电路情况的波形如图所示：此时的电网电压是的正弦波，由于电网的负载是谐波发生源，因此电网电流中已经包含了高次的谐波，使电网的电流波形不再是规范的正弦波。为了消除电网中的谐波电流和无功补偿的目的，我们接入了电力有源滤波器，如图所示。当我们把电力有源滤波器接入模拟电路之后，逆变器输出的补偿电流起到了补偿的作用，电网电流和补偿电流叠加之后我们检测到的电网电压及电流如图所示：，图补偿前的电网电流图补偿后的电网电流结论本文在仿真系统里对实际的电网电路及电力有源滤波器电路进行了等效的

8、模拟及仿真，综合上图的补偿后的电流波形，可以看到此时的波形基本上是符合要求的正弦波，可以证明已经消除了电网上的谐波，满足了消除谐波和无功补偿的要求。参考文献王兆安，杨君，刘进军著谐波抑制和无功功率补偿，机械工业出版社年版【赵贺著电力电子学在电力系统中的应用一灵活交流输电系统年版薛定宇，陈阳泉著基于的系统仿周永旺等基于的电力有源滤波器的仿真研究真技术与应用年版姚俊，马松辉著（建模与仿真年版王兆安，王俊著电力电子技术年版王时胜，袁义生著并联型电力有源滤波器的研制南昌大学学报（工科版）年月第卷第期蒋平，邓俊雄，高亮著一种先进的电网谐波检测方法电力系统及其自动化学报年月第卷第期马晋国，罗肺路，沈国际著一种可程控正交信号发生【】器的研制仪表技术年第期戴朝波、林海雪、雷霖绪