一种改进型的apf检测方法

一种改进型的apf检测方法

0ip/icp检测方法基本思想目前，国内外对电气系统波形含量的有效研究热点之一是采用源能源滤波器（apf）。APF不仅可对频率和幅值都变化的谐波作实时跟踪补偿,而且补偿特性不受电网阻抗的影响,但其检测时低通滤波器(LPF)的截止频率、阶数、类型都影响检测方法的动态性能。即使采用检测效果具有明显优势的LPF,其检测方法延时也约有1个电源周期,很难采用闭环电流控制方案,因而影响了APF的实时补偿和快速响应效果。针对上述问题,本文运用瞬时无功功率理论,提出了改进型LPF结构的ip、iq检测方法。该方法用简单的积分、延时和增益环节代替传统的LPF,具有经济和工程实用价值。1基波和3、5次群众之间的关系设供用电系统的三相对称负载电流为:⎡⎣⎢iaibic⎤⎦⎥=⎡⎣⎢2√I1sin(ωt)2√I1sin(ωt−2π/3)2√I1sin(ωt+2π/3)⎤⎦⎥,(1)式中,ω为电源角频率,I1为基波电流有效值。对式(1)电流ia、ib、ic进行傅立叶分解,可得:⎡⎣⎢iaibic⎤⎦⎥=2√⎡⎣⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢∑k=0∞(I6k+1sin((6k+1)ωt+φ2k+1)+I6k+3sin((6k+3)ωt+φ6k+3)+I6k+5sin((6k+5)ωt+φ6k+5))∑k=0∞(I6k+1sin((6k+1)ωt+φ6k+1−2π/3)+I6k+3sin((6k+3)ωt+φ6k+3)+I6k+5sin((6k+5)ωt+φ6k+5+2π/3))∑k=0∞(I6k+1sin((6k+1)ωt+φ6k+1+2π/3)+I6k+3sin((6k+3)ωt+φ6k+3)+I6k+5sin((6k+5)ωt+φ6k+5−2π/3))⎤⎦⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥‚(2)式中,I6k+1、I6k+3、I6k+5、φ6k+1、φ6k+3、φ6k+5分别为基波和3、5次等谐波电流对应的有效值和初相角,k为非负整数。根据瞬时无功功率理论,将三相电流变换至α、β两相,得:据此求得检测电流ip、iq为:由式(4)可知,ip、iq中除直流分量外还有无穷多个交流分量,且交流分量周期为电源周期T的1/6,即交流分量在T/6内平均值为零,故采用平均值算法得到的剩余量就是ip、iq的直流量i-,p、i-,q。2功分量的检测图1是改进后的滤波器模型,即改进法中获得i-,p、i-,q的运算图,由图可见,这种改进型谐波电流检测法用简单的积分、延时和增益环节代替了传统的LPF。如果需要同时补偿谐波和无功分量,只要检测出i-,q即可。因为式(1)只设了三相电流ia、ib、ic对称,对其中是否有零序分量不作要求,加上该方法具有快速响应特性,故该法可以移植到单相电路中,移植的关键是构造对称的三相电流(见图2)。图2中输入端i为单相瞬时值电流,T为电源周期。这里由单相构造三相有2T/3的延时,加上检测方法延时T/6,故该改进法用于单相电路的总延时也只有5T/6。而对于三相四线制和三相不平衡负载,只要将构造的单相检测法分别用于各相,就可既快又准地测出各相的谐波含量和无功电流数值[10,11,12,13,14,15,16]。3在改进方法的前后，检测示例进行了分析和比较3.1电压对称无畸变网侧电流设被检测对象为三相全控整流桥的a相网侧电流,并设整流桥的直流侧接有电阻性负载。当电网电压对称无畸变时,整流桥的网侧电流近似为120o方波。当整流桥的触发延迟角为α-30o时,运用MATLAB软件仿真新方法,得到电网电压、负载电流、负载电流与基波有功电流、谐波电流与无功电流之和(见图3a～d)。3.2电网电压、负载电流、负载电流与基波无功电流之和d设电网电压对称有畸变,其它条件均与3.1节相同,运用新方法获得电网电压、负载电流、负载电流与基波有功电流、谐波与无功电流之和(见图4a～d)。由图3、4的实验结果可以看出,改进型谐波电流检测法可用于电网中快速、准确地测试各相的谐波和无功电流分量。3.3不同基波的实时跟踪仿真设改进型ip、iq法与传统ip、iq法的仿真环境相同,仅LPF的结构不同:改进后ip、iq检测法运用图1的运算电路结构,而改进前ip、iq运算法采用2阶ButterworthLPF(截止频率为20Hz)。运用MATLAB软件分别仿真两法,获得图5a的波形。图5a显示出负载电流iL、用改进后ip、iq法所得基波有功电流i′1和用改进前ip、iq法所得基波有功电流i1。由图5a可见,改进后i′1在第2个电源周期就已进入稳态,而改进前i1在第4个周期才进入稳态,故改进型ip、iq法的实时跟踪速率要比传统法快得多。为了观测方便,将图5a仿真波形进行放大处理后获得图5b的波形。由图5b可见,改进后ip、iq检测法将方法延时压缩到很短的时间内,图示实验结果表明,仿真曲线与第1节的理论分析结果相吻合,改进法检测时已将每一个电源周期内的方法总延时减少到1/6个周期,约为0.0033s。4在单相电路的应用a)与传统的检测法相比,本文设计的改进型检测法的硬件电路比较简单,易于实现,它不仅适用于三相三线制、三相四线制和三相不平衡负载电路,而且也可以应用在单相电路的场合。b)实验结果表明,改进型检测法的方法延时有所减小,对于三相对称电路检测方法延时为T/6;而对于单相电路、三相四线制电路和三相不平衡负载电路,其方法