【《有源电力滤波器仿真实验验证案例分析综述》2100字】

有源电力滤波器仿真实验验证案例分析仿真模型的简化结构图如图4-1所示。图4-1有源电力滤波器的控制框图1.1仿真模型参数设计完整的有源电力滤波器中所需要设计的参数众多。本节的工作主要是LCL滤波器参数的设计，也是影响补偿效果的关键参数。(1)滤波电感L1和L2的设计滤波器里面的参数不同的话，补偿电流跟踪精度和速度肯定也有所不同。电感值选的比较大时，可以有效减小电流纹波，但是它的实时跟踪能力会降低。当电感值比较小时，这时候跟随速度会比较快，但是补偿的电流会更容易发生超调。因此，在滤波电感参数设计时，在满足补偿精度的条件下，应该因可能使用较小的电感值。如果所需补偿的谐波电流阶次不超过25次，C在就可以等效为开路。这时两个滤波电感就不用分割开来，可以直接串联等效为单一电感滤波器REF_Ref513492989\r\h[23]。采用电压平均值的方法计算滤波电感值，得到：L当三相不可控整流桥输出侧连接阻感性负载时，补偿电流需要的最高变化率为dL假设所设计的APF的额定补偿电流为100A，带到上面的公式中后可以得到L1公式（4-3）计算的值为满足设计条件的最小值，保证一定的裕量后，最终确定L为0.38mH。LCL的电感和电容之间的谐振频率fresf预设要求APF能够完全补偿25次以下的谐波，所以就把fc设为1.25kHz，此时对应的谐振频率大约为3kHz。最后选定L1=0.3mH，L2=0.08mH。(2)滤波电容C的设计高频分量补偿的方法是需要提供相应的通路，也就是高频率下也要保持低阻抗。这要求滤波电容在该补偿电流频率下的阻抗Xc尽可能小。很多情况下滤波电容设计不当，比如过大，这样就会严重降低运行时的效率。则有C式中，P为有功功率；Ic为补偿电流；Em为相电压的有效值。代入公式（4-5），得到C最大不能超过72μF。留部分裕量，最终选择55μF滤波电容值。(3)阻尼电阻Rd的设计当滤波电路发生谐振时，会在电路中引入额外的谐波含量，系统的稳定性将会受到严重影响，因此采用了串联阻尼电阻的方法。在设计滤波器时需要依据以下的原则：R其中ωres是谐振角频率，ωres=2(4)直流电容Cd的参数直流侧母线电压会显著影响APF的跟踪补偿电流的能力。直观上来讲，C选取的越大，电压波动就越小。这种结果是我们希望得到的，但是会显著提高APF设计成本；如果C选取的越小，其上的电压波动会越大，对APF的电流跟踪能力不利。在理想状态下，根据能量守恒基本原则，负载有功电流里面的交流成分的变化与直流侧的能量变化一致。若直流侧母线电压的波动范围为±∆U，则有-式中T为直流端母线电压的波动周期时间，PLP整理化简：C再将之前预先设定的APF基本参数代入式（4-9）中计算得到所需的理想电容值为9340μF。同样考虑留有一定的裕量，最终选择10200μF的直流母线电容。另外，因为在APF系统内的单个电容的容量受限，因此需要通过电容串并联的方式达到设定值。1.2基于Simulink的有源电力滤波器仿真设计图4-2有源电力滤波器的Simulink仿真模型REF_Ref513493001\r\h[24]图4-2在MATLAB/Simulink中搭建的有源电力滤波器的仿真模型，每个模块单元的参数设定与前文的计算值相同。整个仿真系统6个子系统构成。图4-3非线性负载模型在Simulink中搭建的非线性负载如图4-3所示，负载属性为阻感性负载。设定的仿真工况为：在仿真进行到0.4s时，闭合负载控制开关，两个负载同时并入主电路。图4-4有源电力滤波器仿真模型的内部结构有源电力滤波器系统中核心电路部分的仿真模型如图4-4所示。以下对仿真过程进行展开说明。1.2.1谐波检测单元ip-iq谐波电流检测法的仿真模型如图4-5所示，其基本的实现方法为首先对三相电流进行一系列的坐标变换，将变换得到的值与基波电流分量作差，将最终得到的只含谐波分量的差值作为谐波指令电流。图4-5有源电力滤波器的谐波检测单元1.2.2三电平SVPWM的仿真三电平SVPWM的仿真模型主要包括以下5个部分：（1）Vref所在区域的判定；（2）Vref矢量的运算；（3）发波顺序的确定；（4）基本矢量作用时间的运算；（5）PWM波的产生顺序。所搭建的完整的SVPWM仿真模型如图4-6所示。图4-6SVPWM调制方式模型1.3MATLAB仿真结果在Matlab/Simulink搭建了仿真模型。通过仿真验证操作，得到了相应的有源电力滤波器的仿真结果。再仿真之前首先要设置仿真的时间参数。在仿真进行到0.2s时刻APF产生作用，在仿真进行到0.4s时切入另一路负载。图4-7为APF投入之前的A相电压、电流波形，可以明显看出，A相电流波形发生了严重的畸变REF_Ref513493013\r\h[25]。图4-7投切前某相电压电流波形投切APF前的仿真结果如图4-8所示。无功功率是用蓝线代表的，有功功率用的红线。由于所带的负载是非线性的，所以无功和有功功率随时间是在变化的。图4-8APF投入前的有功功率和无功功率变化情况APF投切后，得到相电压电流波形如图4-9所示。图4-10是对应的有功及无功功率波形。与APF投切的仿真波形对比可以明显看出电流波形得到了显著改善，无功功率下降到趋于0Var，这表明APF除滤波作用之外，同时还具有提高功率因数的作用。图4-9投切后相电压电流波形图4-10投切后有功功率和无功功率波形下面采用频谱分析法对相电流进行分析，通过Matlab对前后的相电流频谱进行提取REF_Ref513493023\r\h[26]，得到