并联式三相三线有源电力滤波器之仿真研究

1、并联式三相三线有源电力滤波器之仿真研究    1. 绪论目前，电能己经成为社会上使用最广泛的能源之一，随着电力电子器件的广泛应用，用户向电网注入的谐波污染也日趋严重，对电能质量的要求也越来越高。本章介绍了谐波的成因，列举了谐波危害的各种表现，通过比较现有的谐波抑制方法，凸显了有源电力滤波器的优点，说明本文进行有源电力滤波器的仿真工作是有意义的。1.2谐波抑制方法及相互比较目前谐波抑制的方法主要有主动治理和被动治理两种。主动治理的主要措施有增加变流装置相数或脉冲数;使用多重化技术;谐波叠加注入;互补性谐波装置集中使用;使用PWM技术以及使用高功率

2、因数的变流器等。被动治理的主要措施为加入无源滤波器(PPF)、有源滤波器(APF)或两者混合使用。主动治理的几项措施，要么使得装置变得庞大复杂，要么受到特殊的应用领域限制;而被动治理中的无源电力滤波器因其结构简单、技术成熟、运行和维护成本低，还能补偿无功功率得到广泛使用。不过在实际应用中，无源滤波器只能抑制按设计参数规定的谐波成分，对电网阻抗和频率的变化十分敏感，随着设备使用时元件参数发生漂移，滤波性能不稳定。在某些情况下，甚至有可能与电源阻抗发生并联谐振，严重时会损害无源滤波器。而随着电力电子技术的发展，对谐波抑制问题的深入研究，有源滤波技术逐渐从无到有发展起来。最早可以追溯1969年Bir

3、d和Marsh发表的论文，文中描述了通过向交流电网注入三次谐波电流来减少电源电流中的谐波成分，可看作是APF基本思想的萌芽。1971年由H.Sasaki和TMachida论文中首次完整的描述了APF基本原理。正式的有源电力滤波器方案是1976年由美国西屋公司的L.G邓ig提出的。在他的方案中，APF的核心由大功率晶体管使用四象限PWM逆变器构成的，其基本原理就是通过逆变产生与谐波电流等值反向的电流注入电网，达到净化电网的目的。1983年日本长岗科技大学Hioru1Akgai、AkiN-baa等人提出了三相瞬时无功功率理论(又称为pq理论)，解决了谐波的瞬时检测问题，谐波提取方法开始有频域转为时

4、域，APF开始得到广泛的研究和发展。八十年代末期，并联型APF和并联LC滤波器组合成的混合型APF、串联混合型APF等多种拓扑结构的有源电力滤波器相继出现，其目的在于降低APF成本、扩展APF功能、丰富和完善谐波提取方法等。九十年代中期至21世纪初，诸如自适应、神经网络、遗传算法等参考信号的新型提取方法和控制方法得到了极大地发展。近年来，研究有源电力滤波技术成为热点，日美等国已经有许多大容量有源电力滤波器相继投入工业应用，在谐波抑制和无功补偿方面取得比较好的效果。总体来说，有源电力滤波器的拓扑结构、控制策略和硬件装置有了稳定的发展。从拓扑结构上看，各种并联、串联、串并联混合型APF以及APF一

5、PPF混合型相继出现。从控制策略上看，研究比较广泛的有滞环电流控制法、三角载波控制法、矢量控制技术、数字误差拍控制、单周脉宽调制等，而自适应控制、滑模控制、重复控制、神经网络控制等现代智能控制方法也在近年来逐渐流行起来。从硬件装置上看，早期开关管主要选择大功率双极型晶体管(BJT)和功率MOS场效应晶体管，随后是可关断晶闸管(GTO)。近年来，随着绝缘栅双极晶体管(IGBT)技术的成熟，其成为APF开关器件的理想选择。同时控制器也随着微处理器、微控制器和数字信号处理器的使用，保证了APF的实时补偿性能和快速响应。2并联型三相三线制有源电力滤波器的理论基础本章首先介绍了并联型三相三线制有源电力滤

6、波器的系统结构和主要工作原理，随后建立了电力滤波器的数学模型，得出d、q轴之间的藕合关系，最后设计了基于d一q坐标变换的谐波电流检测方案，并配套设计了滑窗迭代低通滤波器。2.1并联型三相三线制有源电力滤波器的系统结构和工作原理图2.1中三相电压源星形连接，O为交流侧电压源中性点分别表示交流侧三相相电压和电源电流。使用带阻感性负载的三相不控整流器作为谐波源，表示三相非线性负载电流。APF部分的核心是由IGBT模块构成的boost型PwM变流器二表示三相桥式逆变电路上下桥臂中点对交流侧中性点电压。电容器Cdc是变流器的直流储能元件，P、N分别为直流侧电容正负极分别表示直流侧电容上的电压和电流，R*

7、代表由于电容自然放电和APF系统损耗所形成的负载效应，12为对应的电流。当APF工作时，补偿电流通过交流侧滤波电感L注入电网。R代表线路电阻。结论本文主要针对并联型三相三线制有源电力滤波器进行理论研究和仿真分析。介绍了并联型三相三线制有源电力滤波器的系统结构和工作原理，在此基础上建立了有源电力滤波器的数学模型，并运用d一q坐标变换得出d、q轴的祸合关系;通过对比现有的谐波检测方法后，着重分析了基于同步旋转坐标变换的d一q法谐波检测方法，设计了谐波检测中使用的低通滤波器;使用状态反馈交叉解藕的方法将d、q轴解藕，设计计算了电流环和电压环的PI控制器，并简要介绍了空间矢量脉宽调制算法;通过在MAT

8、LAB下，使用SIMUL州K建立有源电力滤波器的仿真模型，验证了各个模块的功能，得出了近似正弦的网侧电源电流波形，说明文中涉及的理论和参数选择是正确的，可以达到较好的谐波以及效果，对进一步的硬件实验起到了有益的指导。分析仿真结果可以看出，网侧电源电流的总谐波含量从最高的30.75%下降到了18.69%，还不能完全达到期望的效果，还有进一步降低的空间;而且每周期还有因为计算延时、指令电流延时和实际补偿电流跟踪能力不够所产生的6个尖峰脉冲，这些尖脉冲直接导致网侧电源电流谐波率降不下来。今后的工作将体现在改进控制算法，调整电路参数，将电流总谐波率切实降低这几个环节上。参考文献1 Kahneman D

9、. and Tversky A., Prospect Theory：Angeographygeology/ analysis of Decision Market underRiskJ, Econometrica,1979/03：263-291.2 Tversky A., Judgement under Uncertainty：Heuristics andBiasesM, New York：Cambridge University Press,1982.3 De Bondt, Werner F.M.,Richard H.Thaler, “Does the Stock Market overre

10、act?”J,Journalof Finance,1985/40：793-805.4 Shiller,R.J., Market Volatility and Inverstor BehaviorJ,American EconomicReview,1990/80(2)：58-62.5 Odean Terrance, Volume,Volatility,Price and Profit When all Traders Are AboveAverageJ,The Journal of Finance,1998/06：1887-1934.6 Shefrin Hersh, Meir Statman,

11、Behavioral Capital Asset Pricing TheoryJ, Journal ofFinancial and Quantitative Analysis, 1994/03：129-157.7 Shefrin Hersh, Meir Statman, Behavioral Portfolio TheoryJ,Journal of Financial andQuantitative Analysis,2000/06：127-151.8 Markowitz H.M., Portfolio SelectionJ, Journal of Finance,1952/07(1)：77-91.9 Markowitz H.M., The Utility of WealthJ, Journ