【《并联型有源电力滤波器（APF）的Simulink仿真案例》2600字】

并联型有源电力滤波器（APF）的Simulink仿真案例目录TOC\o"1-3"\h\u10048并联型有源电力滤波器（APF）的Simulink仿真案例 1307691.1主电路的Simulink仿真模型 1153621.2检测电路的Simulink运行结果 4310591.3控制电路的Simulink仿真模型 4248311.3.1采用PI控制时的控制电路Simulink仿真 5238861.3.2采用滞环控制时的控制电路Simulink仿真 8主电路的Simulink仿真模型图5.1是主电路的Simulink仿真模型。以一个380V的三相交流电压源作为电源。因为二极管在电路的运行中不受控制，通常情况下对于非线性负载的组合形式是6个二极管和PL电阻，通过串联的方式组合在一起。图STYLEREF1\s5.SEQ图\*ARABIC\s11主电路的Simulink仿真模型对图5.1进行分析可以发现，RL电阻是串联在电路当中的，之所以采取串联的方式是因为可以电压分流，进而限制之路的电流，再和两个电流的测量块串联，然后检测各处电流的大小，在完成分压之后检测谐波的电压就是分压电压。图中的6个二极管分别做好标记，取系统的给定值作为参数。为了确保实验得出的波形稳定，采用并联一个阻值为100Ω，感抗值为0.1mH的RL负载的方法。用示波器对电网中的支路电流和负载电流进行检测，对电流波形进行法分析，具体可以得到如图5.2和图5.3所示的波形图。图STYLEREF1\s5.SEQ图\*ARABIC\s12电网中电流的A相分量波形图图STYLEREF1\s5.SEQ图\*ARABIC\s13负载中电流的A相分量波形图使用电力分析工具得出的波形进行分析，可以得到谐波含量的数据。对图5.2的A相分量电流采用傅里叶分析功能进行分析，可以得到如图5.4所示的结果。图STYLEREF1\s5.SEQ图\*ARABIC\s14利用傅里叶分析得到的A相分量结果本文在仿真分析的过程中，对时间的设置为0.2s。为了更好的分析和电流模型，避免各种误差产生的影响，在本文研究的过程中0.1s的波形被舍去，研究都是剩下的五个波形。在对电网中的谐波含量进行检查时，非常重要的一个参数就是THD。公共电网的电压谐波失真率不得超过5.0%[14]。对图5.4进行分析可以发现，在并联到APF之前，电网中的电流谐波畸变情况为29.37%，大于5%，所以不能满足系统的要求.此外从图中还可以发现，可以用6n±1(n=1、2、3...)表示来表示谐波分量的大小，由上图可知系统中存在的谐波以五次谐波和七次谐波为主。在经过上述分析之后得到结果时在电路当中使用的非线性元件产生的谐波分量同实际是非常相符的。对并联APF主电路的实质进行分析，可以将其看作是一个逆变电路。在分析软件中可以搭建出对应的逆变器件，对逆变电路的桥臂进行设定时非常的关键，可以将其设定为3，此外还要用到二极管，另外在参数的设定方面可以根据系统来给定。直流侧是同直流电源直接连接。除此之外，还要连接一个阻值为100Ω，感抗值为6mH的RL电阻。图5.5为仿真然软件搭建的逆变器部分。图STYLEREF1\s5.SEQ图\*ARABIC\s15逆变器部分的Simulink仿真接线图检测电路的Simulink运行结果本文在对并联APF进行设计时，其中非常重要的一个部分就是将谐波检测电路应用到实际中。以瞬时无功功率作为检测的理论依据，派克变换作为检测的算法原理，就能建立起一个能够有效进行检测的谐波检测电路。仿真电路Simulink的仿真模拟接线示意图如下表5.6所示。图STYLEREF1\s5.SEQ图\*ARABIC\s16检测电路Simulink仿真模型接线图控制电路的Simulink仿真模型上文已经提到过各种控制方法的优缺点。因为直流侧电容电压控制并不符合需要设计电路的需求。这里主要对PI控制和滞环控制进行比对实验，讨论各种控制方式的优缺点。采用PI控制时的控制电路Simulink仿真在采用Simulink模块进行仿真分析的过程中，最重要的是要设定PI调节器，通过该调节器对参数进行调节，具体的接线图如图5.9所示。图STYLEREF1\s5.SEQ图\*ARABIC\s17k仿真模型接线图另外，电路在设计好之后，需要接入到电网当中，并同实验数据进行对比。图5.10为三相主体的仿真电路接线图。使用此模型进行结果图分析。图STYLEREF1\s5.SEQ图\*ARABIC\s18并联APF总接线图在该实验的过程中需要重点分析的是PI闭环控制能否对电路进行良好的控制。同时对补偿电流的变化情况进行分析，就可以得到相对应的结论。具体的分量波形可以参见图5.11和图5.12所示。图STYLEREF1\s5.SEQ图\*ARABIC\s19PI控制下的A相波形图STYLEREF1\s5.SEQ图\*ARABIC\s110PI控制下的A相波形对图5.11和5.12进行分析可以发现，起始时间设定为0.04s之后，谐波电流和补偿电路的变化趋势基本一样，这就表明在闭环电路的控制作用下补偿电流发挥了非常重要的作用，此时产生的谐波电流是符合要求的，也就是说P调节器发挥了重要的调节作用。本文在仿真分析的过程中设定的分析时间是0.2s，通过仿真的方式来分析并联有源滤波器能否发挥出应用的作用，是否可以产生补偿电网谐波的电流，在并联接入之后，产生了如图5.13和图5.13的图形。图STYLEREF1\s5.SEQ图\*ARABIC\s111PI控制下的A相分量波形图图STYLEREF1\s5.SEQ图\*ARABIC\s112PI控制下的A相分量的傅里叶分析对图5.13进行分析可以发现，本次分析是从0.04s开始，电网中的电流波形已经同基波的波形一直，都是正弦的波形，同时在实验开展的过程中并没有发生偏离问题；对图5.14进行分析可以发现，在波形当中基波分量的占比较大，其中几乎找不到谐波分量。证明了设计的并联APF在实验过程中已经达到预期结果。下文将介绍控制电路采用滞环调节时的Simulink仿真，并与上述仿真进行对比最后得出结论，验证实验设计是否合理。采用滞环控制时的控制电路Simulink仿真在使用Simulink模块进行仿真分析时，如果要进行滞环控制，就需要用到延时功能。延时模块发挥的作用是非常大的，不过在实际工作的过程中还需要接入一个对数据进行转换的模块，通过转换的方式可以对逆变电路进行控制，这种控制是从逻辑上进行的控制，数据类型的转换可以根据模块数据类型的不同来进行转换，这样可以有效避免有错误发生，图5.15为使用Simulink进行的仿真的流程图。图STYLEREF1\s5.SEQ图\*ARABIC\s113Simulink仿真模型接线图(未接入电网)同理，在并联到APF之后采取并联的方式接入电网，通过实验数据波形图及参数结果的分析，对抑制谐波的效果进行分析，使用Simulink仿真进行接线具体可以参见图5.16所示。图STYLEREF1\s5.SEQ图\*ARABIC\s114采用滞环控制的并联APF接线图对谐波电路和补偿电流进行对比，并且仿真分析的时间也为0.2s,可以得到如5.17和5.18所示的波形图，图5.17是给定谐波电流Iref的A相分量的信号波形，其中5.18所示为补偿电流的分量波形图。图STYLEREF1\s5.SEQ图\*ARABIC\s115谐波电流的A相波形图STYLEREF1\s5.SEQ图\*ARABIC\s116补偿电流A相波形对图5.17和图5.18进行分析可以发现，由0.04s起，实际的补偿电流就可以跟上给定的谐波电流且变化趋势基本一致。这时说明电流补偿输出电流的控制可以实现有效地补偿一个谐波的输出电流，还能良好的跟踪输出电流，达到动态实时补偿的效果。在通过滞环控制装置之后可以进行闭环控制。对并联APF能否对谐波进行消除的指标当中，最重要的就是分析是否可以形成正弦波，在仿真时设定的分析时间是0.2s通过仿真之后得到的结果，观察分析图5.19所示的波形图。图STYLEREF1\s5.SEQ图\*ARABIC\s117接入滞环控制的APF后的电网电流Igrid的A相分量波形图对图5.19进行分析，电网中的电流分量已经基本变为正弦波形，而且在运行中并没有发生明显的波形畸变。利用Po