基于MATLAB的并聯(lián)型有源電力濾波器的仿真

1、38(2008.No.5)電氣開關(guān)文章編號(hào):1004-289X(2008)05-0038-03基于MATLAB的并聯(lián)型有源電力濾波器的仿真黃飚(湖南新邵電力局,新邵422900)摘要:有源電力濾波器是當(dāng)前對(duì)電網(wǎng)中諧波污染補(bǔ)償或抵消的有效手段,行了理論研究和分析。MATLAB/SIMULINK提供的SimPower面。利用SimPower波形準(zhǔn)確直觀地顯示出來,。關(guān)鍵詞:有源電力濾波器;諧波;仿真中圖分類號(hào):TM713:tiShuntActivePowerFilterBasedonMATLABHUANGBiao(XinshaoElectricPowerSupplyBureau,Xinshao42

2、2900,China)Abstract:Aactivepowerfilterisaneffectivemethodforharmonicpollutioncompensationoroffsettotheelectricnet2work.Theworkprinciplefortheactivepowerfiltersystemistheoreticallystudiedandanalyzed.SimPowerwork2boxpro2videdbyMATLB/SIMULINKincludesalltheaspectsofthemodelingandsimulationinpowersystem.

3、UseSimPowerwork2boxtobuildthemodelingandsimulationtotheactivepowerfilter.Themethodcanmaketheworkprocessofactivepowerfilterandtherelativewaveformsbeshownaccuratelyanddirectly.Itprovesthevalidityoftheoreticalanalysis.Keywords:activepowerfilter;harmonic;simulation1引言解決電力系統(tǒng)諧波干擾的一個(gè)有效方法是使用有源電力濾波器。其中有源電力濾波

4、器(APF)是應(yīng)用較廣的一種主動(dòng)式諧波電流補(bǔ)償裝置。本文重點(diǎn)研究三相四線制并聯(lián)電壓型有源電力濾波器。有源電力濾波器的兩大關(guān)鍵技術(shù)是諧波與無功電流的檢測(cè)和補(bǔ)償電流控制。實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地檢測(cè)出電網(wǎng)中瞬態(tài)變化的諧波與無功電流是有源電力濾波器進(jìn)行精確補(bǔ)償?shù)那疤帷Ｑa(bǔ)償電流的控制方法是實(shí)現(xiàn)有源電力濾波器功能的核心環(huán)節(jié),它負(fù)責(zé)控制有源電力濾波器產(chǎn)生預(yù)期的補(bǔ)償電流。本文簡要介紹了有源電力濾波器的工作原理。文中用基于瞬時(shí)無功功率理論的、適用于電網(wǎng)電壓有畸變的ip-iq法對(duì)諧波電流進(jìn)行檢測(cè),用滯環(huán)電流控制方法控制補(bǔ)償電流的產(chǎn)生。最后,為了驗(yàn)證檢測(cè)和控制方法的正確性,本文用MATLAB/SIMULINK下的電力系統(tǒng)模塊

5、SimPowerSystemsBlockset對(duì)整個(gè)三相四1線制并聯(lián)型有源電力濾波器系統(tǒng)進(jìn)行了仿真研究。2APF的基本工作原理有源電力濾波器是一種用于動(dòng)態(tài)抑制諧波、補(bǔ)償無功的新型電力電子裝置。它能對(duì)大小和頻率都變化的諧波以及變化的無功進(jìn)行補(bǔ)償,并可克服LC濾波2,3器等傳統(tǒng)的諧波抑制和無功補(bǔ)償方法的缺點(diǎn)。圖1所示為并聯(lián)型有源電力濾波器的原理圖。圖1并聯(lián)型有源電力濾波器原理圖有源電力濾波器的工作原理是檢測(cè)補(bǔ)償對(duì)象的電壓和電流,經(jīng)指令電流運(yùn)算電路得出補(bǔ)償電流的指令信號(hào),該信號(hào)經(jīng)補(bǔ)償電流發(fā)生電路放大,得出補(bǔ)償電(2008.No.5)電氣開關(guān)39流,補(bǔ)償電流與負(fù)載電流中要補(bǔ)償?shù)闹C波及無功電流相抵消,最

6、終得到所期望的電源電流。211APF的諧波檢測(cè)方法準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)地檢測(cè)出電網(wǎng)中瞬態(tài)變化的畸變電流是APF進(jìn)行精確補(bǔ)償?shù)年P(guān)鍵。諧波電流檢測(cè)方法主2要有以下幾種:模擬帶通濾波器(或陷波器)檢測(cè)法、基于頻域分析的快速傅里葉變換FFT(FastFourierTransformation)檢測(cè)法、基于現(xiàn)代控制理論的檢測(cè)法、瞬時(shí)波形比較法、自適應(yīng)檢測(cè)法和基于瞬時(shí)無功功率理論的檢測(cè)法。其中,基于瞬時(shí)無功功率理論的ip-iq法不僅適用于三相不對(duì)稱公用電網(wǎng),壓畸變也有效,具有較好的實(shí)時(shí)性,到了廣泛的應(yīng)用。本文選用i-212APF滯環(huán)電流控(HysteresisCurrentControl,HCC)是目前應(yīng)用非常廣泛

7、的一種非線性閉環(huán)電流控制方法。它利用滯環(huán)比較器形成一個(gè)以0為中心、H和一H為上下限的滯環(huán)或死區(qū),通過把補(bǔ)償電流和指令電流的差值控制到規(guī)定的滯環(huán)寬度(誤差限)范圍之內(nèi),來控制逆變器的開關(guān)動(dòng)作。圖2312。在該模塊中完成。模塊輸入量分別為:單相電。其中,電壓信號(hào)經(jīng)sinwt和coswt信號(hào),它與電流信號(hào)分別經(jīng)abc/ipiq變換和低通濾波器LPF(LowerPassFil2ter)進(jìn)行信號(hào)處理后,再作ipiq/abc逆變換,得到基波有功電流。基波有功電流與負(fù)載電流相減,便可得到期望補(bǔ)償電流,即輸出指令電流。仿真模型如圖3所示。3APF仿真研究APF系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的非線性、強(qiáng)耦合控制系統(tǒng),對(duì)它進(jìn)行精

8、確的理論分析是比較困難的,而且新的控制算法應(yīng)用于這樣一個(gè)實(shí)際系統(tǒng)往往需要花費(fèi)大量的時(shí)間和精力。仿真可以驗(yàn)證控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的正確性,加深對(duì)控制規(guī)律的認(rèn)識(shí)和理解。仿真中,系統(tǒng)的一些重要電路參數(shù)和控制參數(shù)的值對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置的參數(shù)設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。因此,在實(shí)際裝置設(shè)計(jì)制作之前有必要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)檢測(cè)、控制算法的有效性進(jìn)行仿4-6真研究。311負(fù)載電流發(fā)生模塊非線性負(fù)載是電網(wǎng)中主要的諧波源。非線性負(fù)載種類較多,如三相二極管整流橋、三相可控硅整流橋、電弧爐、空調(diào)、電視機(jī)、變壓器等,其中最具有代表性的諧波源是直流側(cè)帶感性負(fù)載的二極管整流橋和三相可控硅整流橋,這類負(fù)載在電網(wǎng)中應(yīng)用較為廣泛,而且產(chǎn)生的諧波含量也較大

9、,典型整流負(fù)載電流總畸變率THD(TotalHarmonicDistortion)約為30%。二極管可控整流橋是三相可控硅整流橋在觸發(fā)角為零度時(shí)工作的一個(gè)特例,因此,仿真模型采用三相可控硅整流橋作為諧波源進(jìn)行建模,具有代表性。仿真模型如圖2所示。圖3指令電流發(fā)生模塊313補(bǔ)償電流控制模塊補(bǔ)償電流控制模塊如圖4所示。該模塊輸入量為指令電流Riabc,逆變器輸出電流Liabc。該模塊輸出PWM脈沖觸發(fā)有源電力濾波器的逆變主電路,使逆變主電路產(chǎn)生的補(bǔ)償電流能夠跟蹤指令電流,從而達(dá)到抑制諧波電流的目的。圖4基于滯環(huán)電流控制法的補(bǔ)償電流模塊除了上述主要的仿真模塊外,另外還要有有源電力濾波器的逆變主電路、

10、三相電感L和直流側(cè)電壓共同使用,便可得到整個(gè)有源電力濾波系統(tǒng)仿真模型。(下轉(zhuǎn)第43頁)(2008.No.5)電氣開關(guān)43收稿日期:2008-06-25作者簡介:鄭峰(1983-),男,浙江溫州人,碩士,主要研究方向電力電子在電力系統(tǒng)中應(yīng)用。郭吉偉(1981-),男,河北衡水人,碩士,主要研究方向電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用。512同步誤差仿真由最大誤差的推導(dǎo)過程可知,各次諧波分量(含基頻分量)的誤差規(guī)律是相同的,對(duì)基波的仿真分析結(jié)果可推導(dǎo)其它次,而直流分量的影響需要特別考慮。為滿足不同的精度要求,我們采用不同的采樣頻率。每周波12點(diǎn)的采樣值時(shí),插值采樣值誤差最大為3144%,每周波24點(diǎn)采樣

11、時(shí),插值采樣值誤差最大為0190%,驗(yàn)證了上述誤差計(jì)算結(jié)果。采樣率N=24時(shí)的穩(wěn)態(tài)采樣誤差仿真內(nèi)容如圖7所示。(上接第39頁)46。從圖中可以看出,投入APF,。圖7圖8暫態(tài)采樣值誤差圖考慮最嚴(yán)重暫態(tài)過程,對(duì)暫態(tài)信號(hào)用i(t)=I1sin(t)+I1et/T來仿真,時(shí)間常數(shù)T取80ms,計(jì)算公式為N222nIN,當(dāng)N=24時(shí)的暫態(tài)采樣誤差如圖8,得誤差圖5補(bǔ)償前的波形圖6補(bǔ)償后的波形不大于01035I1,為使誤差滿足0186%,且直流分量幾乎沒有影響,則采樣頻率N=48。5結(jié)論本文所設(shè)計(jì)的有源電力濾波器可以有效抑制電力電子裝置所產(chǎn)生的諧波,具有較好的補(bǔ)償特性,在一些諧波成分復(fù)雜、多變的場(chǎng)合更具

12、有優(yōu)勢(shì)。可以為有源電力濾波器實(shí)際的研制工作提供參考和依據(jù),具有重要的指導(dǎo)意義。參考文獻(xiàn)1劉春花,周臘吾.基于ip-iq法的混合有源濾波器諧波電流檢測(cè)6結(jié)語為了滿足配電網(wǎng)自動(dòng)化對(duì)電流互感器低成本,安裝方便等方面的要求,我們放棄了傳統(tǒng)的電磁式電流互感器和用GPS實(shí)現(xiàn)同步的方法。采用了更適合的電子式電流互感器和在合并單元進(jìn)行插值計(jì)算實(shí)現(xiàn)同步的方法,并對(duì)此過程進(jìn)行了仿真和誤差分析,從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看,測(cè)量數(shù)據(jù)可以滿足配電網(wǎng)自動(dòng)化電流測(cè)量的要求。參考文獻(xiàn)1張釗.配電網(wǎng)故障定位的通用矩陣算法J.電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)方法J.繼電器,2005,3,33(5):24-26.2王兆安,楊君,劉進(jìn)軍.諧波抑制和無功功率補(bǔ)償M

13、.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1998.3劉鳳君.Delta逆變技術(shù)及其在交流電源中的應(yīng)用M.北京:機(jī)備,2005,25(7):40-43.2宋明,鄭建勇,丁志鋒,等.電力系統(tǒng)GPS同步時(shí)鐘J.電力自動(dòng)械工業(yè)出版社,2003.4薛定宇,陳陽泉.基于Matlab/Simulink的系統(tǒng)仿真技術(shù)與應(yīng)用M.北京:清華大學(xué)出版社,2004.5李維波.MATLAB在電氣工程中的應(yīng)用M.北京:中國電力出版化設(shè)備,22(10):50-51.3殷志良,劉萬順,秦應(yīng)力,等.一種基于FPGA技術(shù)的電子式互感器接口實(shí)現(xiàn)新方法J.電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2004,28(14):93-96.4王化冰,王彥輝.電子式電流互感器的研制J.電測(cè)與儀表,2006,43(11):32-34.5王濤,李紅斌,陳金玲,等.數(shù)字積分器在電子式電流互感器中的社,2006.6常鵬飛,王彤,曾繼倫.MATLAB及其在三相四線有源電力濾波器仿真研究中的應(yīng)用