串联型apf谐波电压检测方法研究

串联型apf谐波电压检测方法研究

0提高交流直流侧的谐波电压电力源滤波器（apf）的有效补偿能力是当前电气和能源学科的中心问题。大量电力电子装置整流电路直流侧均用大电容滤波,本质上属于电压源型谐波源,会使交流侧输入电流波形严重畸变。大量谐波电流注入电网,带来严重谐波污染。串联型APF(SAPF)可有效抑制该种谐波源产生的谐波,影响其性能的一个重要因素是谐波电压的检测。本文基于瞬时无功功率的基本理论,提出一种检测电力系统中谐波电压的方法。1控制单元检测SAPF主电路结构原理图如图1所示,其中APF通过3个单相补偿变压器Tc串联在电源与负载之间,主电路是由电力半导体器体组成的带有直流电容的三相桥式PWM逆变器,相当于受控电压源。其工作原理如下:控制单元检测电网供电电压后,利用瞬时无功功率理论计算其瞬时畸变量,由PWM逆变器产生脉宽调制波,使得串联变压器副边得到与电网畸变电压等值反向的电压,从而消除电压畸变。从上述串联型APF工作原理可知,为保证良好的补偿效果,APF检测电路首先要快速、精确地检测出谐波电压,目前检测方法主要有窄带滤波器选频法和基于快速傅立叶变换的采样数字化计算法。二者均存在问题,前者由于相位和选择性的要求,电路参数选择困难,相位时延和频率漂移较大,检测结果不清晰;后者需要较高精度的数模转换器,检测速度慢,实时性常不符APF要求。基于日本Akagi的瞬时无功功率理论,本文提出一种谐波电压瞬时检测方法。2波形电压的检测2.1u3000侵权县ub、ubf、ucf的变换瞬时无功功率理论是把三相电路各相电压电流的瞬时值分别变换到α～β两相正交坐标系上,用一个空间矢量同时考虑到三相系统的三个时间变量,可以使三相电路电压电流的数学模型得到简化,定义了基于同步坐标系的瞬时实功与瞬时虚功概念,由此导出准确的瞬时补偿信号。用这种方法检测谐波,采用瞬时值运算,响应速度快,还解决了电网频率波动和负载波动的问题,特别适合于变换快、冲击大的无功功率补偿和高次谐波生成的情况。设三相电路各相电压和电流瞬时值分别为ua、ub、uc和ia、ib、ic,根据瞬时无功功率理论,得到两相瞬时电压uα、uβ和两相瞬时电流iα、iβ。将它们变换到两相正交的α～β坐标系有:[uαuβ]=√23[1-12-120√32-√32][uaubuc]=C32[uaubuc]‚(1)[iαiβ]=√23[1-12-120√32-√32][iaibic]=C32[iaibic]‚(2)[uαuβ]=23√[10−123√2−12−3√2]⎡⎣⎢uaubuc⎤⎦⎥=C32⎡⎣⎢uaubuc⎤⎦⎥‚(1)[iαiβ]=23√[10−123√2−12−3√2]⎡⎣⎢iaibic⎤⎦⎥=C32⎡⎣⎢iaibic⎤⎦⎥‚(2)式中合成矢量uα、uβ为u,合成矢量iα、iβ为i,则u=uα+uβ‚i=iα+iβ(3)u=uα+uβ‚i=iα+iβ(3)设up、uq分别为u在i及其垂直方向上投影,则[upuq]=[sinωt-cosωt-cosωt-sinωt]C32[uaubuc]=CpqC32[uaubuc]‚(4)[upuq]=[sinωt−cosωt−cosωt−sinωt]C32⎡⎣⎢uaubuc⎤⎦⎥=CpqC32⎡⎣⎢uaubuc⎤⎦⎥‚(4)式中为p～q变换矩阵,通过它把两相瞬时电压uα和uβ变换成up和uq。通过(4)式得到up、uq并经低通滤波得到其直流分量up、uq后对其进行反变换,可得到uα和uβ中的基波分量uαf和uβf:[uαfuβf]=[sinωt-cosωt-cosωt-sinωt][upuq]=C-1pq[upuq],(5)[uαfuβf]=[sinωt−cosωt−cosωt−sinωt][upuq]=C−1pq[upuq],(5)式中经2-3变换后,得ua、ub、uc的基波分量uaf、ubf、ucf:式中,为实现2-3变换的坐标矩阵。分离出uaf、ubf、ucf后,经减法器可得所需三相负载瞬时电压ua、ub、uc的谐波分量:uah=ua-uaf,ubh=ub-ubf,uch=uc-ucf。(7)2.2相电流信号根据上述推导过程,能够得到基于瞬时无功功率理论的一种谐波电压瞬时检测方法。为利用该法所得负载输入的谐波电压,须先产生标准的正、余弦函数作为三相电流信号。检测电路原理见图2,其中LPF为低通滤波器,PLL是一个锁相环,PWM逆变器工作时的能量损耗会引起直流侧电路电容电压的降低,故引入PI反馈环。3谐波电压的模拟谐波源由带大电容的三相桥式整流电路产生,测得的a相电压波形见图3,其幅频特性见图4,可见主要含有5、7次谐波。根据图2运用MATLAB中Simulink建立谐波电压检测仿真模型,测得a相输入电压,所含谐波电压波形见图5,幅频特性见图6。可见a相主要含3、5次谐波。比较图6、4可见检出的谐波电压与输入电