三相有源濾波器的仿真研究

1、裝訂線安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)安徽工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書(shū)課題名稱三相并聯(lián)有源濾波器的仿真研究學(xué) 院 電氣信息學(xué)院專業(yè)班級(jí)電氣工程及其自動(dòng)化091姓 名鄧偉學(xué) 號(hào)099064111畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的主要內(nèi)容及要求：1. 了解電能質(zhì)量的基本概念，掌握并聯(lián)型有源電力濾波器基本概念及其基本工作原理。2. 理解并聯(lián)型有源電力濾波器控制方法的原理，理解瞬時(shí)無(wú)功功率理論，掌握以此為基礎(chǔ)的諧波電流檢測(cè)方法。3. 熟練應(yīng)用MATLAB軟件，利用其中的Simulink工具箱建立起仿真模型，對(duì)并聯(lián)型有源電力濾波器進(jìn)行仿真研究。4. 完成5000漢字以上的英文資料的翻譯。5. 熟練應(yīng)用計(jì)算機(jī)，包括

2、上網(wǎng)查找中、英文參考資料以及計(jì)算機(jī)編程、仿真等。6. 在理論分析的基礎(chǔ)上，建立起仿真模型、進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，得出仿真結(jié)果（圖形或數(shù)據(jù)），來(lái)驗(yàn)證理論分析的正確性。2013R年3月1日 至2013年6月12日共15周指導(dǎo)教師簽 字系 主 任簽 字院 長(zhǎng)簽 字摘 要 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展及電力電子裝置的普遍應(yīng)用，在電力系統(tǒng)中產(chǎn)生了大量的電力諧波，已引起世界各國(guó)的廣泛關(guān)注。有源電力濾波器（APF）作為一種治理電網(wǎng)諧波行之有效的方法，能對(duì)頻率和幅值都變化的諧波進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償，且補(bǔ)償效果不受電網(wǎng)阻抗的影響，因而成為諧波抑制的重要趨勢(shì)。論文首先介紹了并聯(lián)型有源電力濾波器的基本結(jié)構(gòu)和原理，進(jìn)而研究了基于瞬時(shí)無(wú)功功

3、率理論的三相電路諧波電壓檢測(cè)方法。接著討論了PWM變流器的控制方法以及直流側(cè)電容電壓的控制策略。其次，本文對(duì)并聯(lián)型有源電力濾波器一些參數(shù)的進(jìn)行選擇。這些參數(shù)的選擇很大程度上決定了APF的補(bǔ)償性能。在前幾章的基礎(chǔ)上，最后利用了Matlab/simulink對(duì)三相并聯(lián)型有源電力濾波器進(jìn)行了系統(tǒng)的建模與仿真。關(guān)鍵詞：并聯(lián)型有源電力濾波器；諧波檢測(cè)；三角波控制；直流側(cè)電壓控制； ABSTRACT As the rapid development of power electronics and the common use of the power electronic devices, there

4、are more and more harmonic emerges in power system. All over the world, people become concerning about the power quality issue. Active Power Filter (APF) , as one effective method to correct the power harmonic, can dynamically trace and compensate any harmonic which is varying in frequency and ampli

5、tude, while network impedence has no effect on the compensation performance. Therefore, APF becomes an important trend to restrain power harmonic. Firstly, this article introduces the basic principle and structure of shunt APF, then studies a real time detecting method of harmonic voltage for three-

6、phase circuit based on the instantaneous reactive power theory. Then discuss the control scheme of the PWM converter and the DC side voltage is discussed. Secondly,through the researches which have been carried out for shunt active power filter, the selection of the main circuit switching components

7、 are discussed detailedly. These parameters have great influences on the steady and dynamic compensation characteristics of shunt APF. Based on the former chapters, chapter 4 completes the modeling and simulation of the three-phase shunt APF using Matlab/Simulink. Key words: shunt APF; harmonic dete

8、ct method; triangular wave control; DC side voltage control;I 目 錄摘 要IABSTRACTII目 錄III第一章 緒論11.1選題目的及意義11.1.1電力系統(tǒng)諧波11.1.2諧波的治理策略21.2 有源電力濾波器研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)31.2.1有源電力濾波器的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀31.2.2有源電力濾波器的發(fā)展趨勢(shì)41.3本文所做的工作4第二章 并聯(lián)型有源電力濾波器62.1 有源電力濾波器62.2有源濾波器的工作原理92.3主電路結(jié)構(gòu)及其相關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì)102.3.1主電路工作原理102.3.2開(kāi)關(guān)器件的選擇122.3.3主電路容量122.

9、3.4開(kāi)關(guān)頻率與死區(qū)時(shí)間122.3.5直流側(cè)儲(chǔ)能電容穩(wěn)定電壓132.3.6儲(chǔ)能電容C132.3.7交流側(cè)電感L132.4 本章小結(jié)13第三章 有源濾波器的諧波電流檢測(cè)技術(shù)153.1常用的諧波電流檢測(cè)技術(shù)153.2基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的ip-iq諧波電流檢測(cè)法163.3 PWM控制方式的研究193.3.1 定時(shí)瞬時(shí)值比較PWM控制方式193.3.2 三角波比較PWM控制方式193.3.3 滯環(huán)瞬時(shí)值比較方式203.4本章小結(jié)21第四章 三相串聯(lián)型有源電力濾波器的建模與仿真224.1 Matlab/Simulink仿真軟件及其工具箱簡(jiǎn)介224.2系統(tǒng)仿真模型的構(gòu)建234.3 有源電力濾波器仿真模型

10、設(shè)計(jì)244.3.1 諧波源建模244.3.2 并聯(lián)型有源電力濾波器建模244.4 仿真實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析284.5 本章小結(jié)33第五章 總結(jié)與展望34II 5.1論文總結(jié)345.2下一步工作展望34致 謝35參考文獻(xiàn)36 第一章 緒論1.1選題目的及意義 隨著科學(xué)技術(shù)與現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展,電能在現(xiàn)代社會(huì)工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中成為了不可缺少的重要能源之一。目前,世界各國(guó)供電系統(tǒng)幾乎都采用正弦供電方式,理想狀況下,電網(wǎng)可近似為一個(gè)線性時(shí)不變系統(tǒng)；但是隨著電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展,在現(xiàn)代化生產(chǎn)(特別是冶金、鋼鐵、化工）交通、樓宇自動(dòng)化及日常家庭生活中廣泛地應(yīng)用各種電力電子裝置,電力系統(tǒng)中的非線性負(fù)載比重不斷增

11、大,電流和電壓波形產(chǎn)生周期性畸變。高度非線性裝置數(shù)量和額定容量的日趨增大,對(duì)電力系統(tǒng)地安全的、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行造成極大的影響,人們對(duì)諧波污染的問(wèn)題越來(lái)越重視。因此研究如何有效的抑制諧波,改善電力系統(tǒng)安全性與經(jīng)濟(jì)性具有重要現(xiàn)實(shí)意義。1.1.1電力系統(tǒng)諧波 諧波被定義為“諧波是一個(gè)周期電氣量的正弦波分量,其頻率為基波頻率的整數(shù)倍”。最早在二十世紀(jì)二、三十年代電力系統(tǒng)的諧波污染就引起了人們的關(guān)注,四十年代中期才出現(xiàn)關(guān)于變流器諧波研究的經(jīng)典文獻(xiàn)。到了七十年代,電力系統(tǒng)、工業(yè)、交通及家庭生活中廣泛應(yīng)用各種電力電子裝置,電力電子設(shè)備產(chǎn)生的諧波造成的危害也日趨嚴(yán)重,全世界不少國(guó)家己制定了電力系統(tǒng)和用電設(shè)備有關(guān)諧波

12、和波形畸變的標(biāo)準(zhǔn)。通常在電力系統(tǒng)中波形的畸變主要來(lái)源于兩大因素:第一是接入電網(wǎng)的電阻、電容、電感元件的非線性特性,比如發(fā)電機(jī)、變壓器等設(shè)備;第二是大量使用的電力電子裝置,變流器在提高電力裝置的性能的同時(shí)也造成了波形的畸變。日趨嚴(yán)重的諧波對(duì)電力系統(tǒng)的危害概括起來(lái)主要有以下幾個(gè)方面: 1、當(dāng)高頻電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí),由于集膚效應(yīng)的影響導(dǎo)體增加了對(duì)諧波電流的實(shí)際阻感負(fù)載,從而降低設(shè)備的效率和利用率,且設(shè)備過(guò)熱,此外還加大了發(fā)電、輸電、供電和用電設(shè)備的功率損耗； 2、對(duì)電力系統(tǒng)中繼電保護(hù)和自動(dòng)控制裝置工作的可靠性產(chǎn)生影響。電力系統(tǒng)中繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置大多以基波負(fù)序量為基礎(chǔ),諧波會(huì)引起發(fā)電機(jī)負(fù)序電流保護(hù)裝置誤

13、動(dòng)作、變電站主變復(fù)合電壓過(guò)流保護(hù)裝置的啟動(dòng)電壓的負(fù)序分量的誤行動(dòng)、總線差動(dòng)保護(hù)負(fù)序電壓阻斷裝置故障,對(duì)電力系統(tǒng)的安全的危害性較大； 3、電力系統(tǒng)線路上的諧波電流大多為低頻、奇次諧波分量,由于磁場(chǎng)耦合,在電力線路附近的線路中對(duì)通信系統(tǒng)造成不必要的干擾,影響通信線路的正常工作品質(zhì),更嚴(yán)重的情況還會(huì)對(duì)通信設(shè)備和相關(guān)人員的安全造成威脅； 4、諧波會(huì)使用電設(shè)備內(nèi)的元件過(guò)熱,影響用電設(shè)備的運(yùn)行效果,例如電視機(jī)和計(jì)算機(jī)的圖形出現(xiàn)畸變、畫(huà)面亮度發(fā)生波動(dòng)變化,計(jì)算機(jī)信息處理系統(tǒng)發(fā)生故障。1.1.2諧波的治理策略 隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)的迅猛發(fā)展,廣泛應(yīng)用電力電子元器件所產(chǎn)生的諧波對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)的污染不容忽視。為了響應(yīng)

14、社會(huì)推動(dòng)節(jié)能減排的號(hào)召,提倡建設(shè)生態(tài)環(huán)保、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)高效的新型綠色電網(wǎng)模式,迫切需要對(duì)日益凸顯的諧波污染問(wèn)題進(jìn)行有效的治理。日前,在電力系統(tǒng)中抑制或減少諧波主要從以下兩個(gè)方面進(jìn)行: 1、主動(dòng)型手段-諧波源裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和增加輔助控制策略 目前電力系統(tǒng)中大量使用的可控和不可控整流器,針對(duì)此類整流器造成的諧波主要治理手段有以下幾種: (l)變壓器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 三相整流變壓器多采用Y/d或D/y的結(jié)構(gòu),多用于消除3k次諧波； (2)多相整流技術(shù)對(duì)于大功率相控整流器大多采用多相整流的方法,這樣整流裝置注入電力系統(tǒng)的諧波電流成分可以明顯減少； (3)脈寬調(diào)制PWM(Pulse width Modulat

15、ion)整流技術(shù) 通過(guò)改變周期或頻率,使直流電壓變換為等幅不等寬的交流輸出電壓；但功率器件大多需要具有自關(guān)斷功能,提高了成本,從而不適合大功率使用； (4)功率因素校正器(Power Factor Corrector，PFC) 目前市場(chǎng)上大多家電、個(gè)人計(jì)算機(jī)、辦公電子設(shè)備中大量使用帶電容濾波的二極管整流電路,這種電路輸入電流中含有大量諧波成分,輸出不可控電壓；在整流橋和濾波電容之間增加一級(jí)校正功率因數(shù)的功率變換電路,在預(yù)調(diào)整器的直流側(cè)通過(guò)控制保證網(wǎng)側(cè)電流為正弦電流并與電網(wǎng)電壓同相。 2、被動(dòng)型手段-添加濾波裝置主動(dòng)型諧波治理手段雖然可以有效的限制諧波的產(chǎn)生,但不可能徹底消除諧波,目前諧波治理的

16、有效手段是添加濾波裝置。傳統(tǒng)方法是使用無(wú)源電力濾波器,利用感性負(fù)載的諧振特性,可以減小流入電網(wǎng)的諧波電流和完成無(wú)功補(bǔ)償；雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、易維護(hù),但結(jié)構(gòu)原理上的缺點(diǎn)使得它很難滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)的要求。隨著新型電子半導(dǎo)體器件的出現(xiàn)與脈寬調(diào)制技術(shù)的發(fā)展,人們開(kāi)始致力于APF的研究。APF與PPF特點(diǎn)比較如表l-l所示:表1-1 無(wú)源濾波器與有源濾波器的比較無(wú)源濾波器有源濾波器工作原理由LC等被動(dòng)元件組成，將其設(shè)計(jì)為某頻率下極低阻抗，對(duì)相應(yīng)頻率諧波電流進(jìn)行分流，其行為模式為提供被動(dòng)式諧波電流旁路通道采用現(xiàn)代電力電子技術(shù)和基于高速DSP器件的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)制成的新型電力諧波治理專用設(shè)備，通過(guò)檢測(cè)負(fù)

17、載諧波電流，生成與電網(wǎng)諧波電流幅值相等、極性相反的補(bǔ)償電流注入電網(wǎng)，對(duì)諧波電流進(jìn)行補(bǔ)償或抵消，主動(dòng)消除電力諧波諧波處理能力只能濾除固定次數(shù)的諧波能夠?qū)Υ笮『皖l率都變化的諧波以及變化的無(wú)功進(jìn)行補(bǔ)償頻率變化的影響諧振點(diǎn)偏移，效果降低不受影響系統(tǒng)阻抗變化的影響受系統(tǒng)阻抗影響嚴(yán)重，存在諧波放大和共振的危險(xiǎn)不受影響負(fù)載變化對(duì)諧波補(bǔ)償效果的影響補(bǔ)償效果隨負(fù)載變化而變化不受影響負(fù)載增加的影響可能因?yàn)槌d而損壞無(wú)損壞危險(xiǎn)，諧波量大于補(bǔ)償能力時(shí)，僅發(fā)生補(bǔ)償效果不足而已設(shè)備造價(jià)較低較高應(yīng)用場(chǎng)合 容量單套無(wú)限制容量單套不超過(guò)100KVA最高適用電網(wǎng)電壓可達(dá)3000V最高適用電網(wǎng)電壓不超過(guò)450V廣泛用于電力、油田、

18、鋼鐵、冶金、煤礦、石化、造船、汽車、新能源等行業(yè)電信、醫(yī)院等用電功率較小且諧波率較高的單位1.2 有源電力濾波器研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)1.2.1有源電力濾波器的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 近年來(lái)隨著電力電子技術(shù)、控制技術(shù)和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展,特別是GTO、IGBT等自關(guān)斷器件的出現(xiàn)和高性能DPS芯片的應(yīng)用,電力有源濾波器已經(jīng)進(jìn)入實(shí)用階段,日本及歐美國(guó)家開(kāi)始使用電力有源濾波器來(lái)補(bǔ)償電網(wǎng)中的諧波以提高電能的質(zhì)量。二十世紀(jì)八十年代初日本成功研制并投入實(shí)際使用世界第一臺(tái)APF以來(lái),據(jù)日本電氣學(xué)會(huì)對(duì)APF在日本應(yīng)用情況的調(diào)查,在工業(yè)應(yīng)用中,APF主要用于補(bǔ)償諧波,其中只補(bǔ)償諧波的占71.7%。目前,世界上有源電力濾

19、波器的主要研發(fā)和生產(chǎn)廠家有日本東芝公司、日本Mitsubishi Electric公司、美國(guó)西屋電氣公司、德國(guó)Siemens公司、瑞士ABB公司等,在投入運(yùn)行的APF數(shù)目、功率范圍、應(yīng)用功能、系統(tǒng)安裝容量等方面都有新的突破,APF的研究日趨受到關(guān)注。此外,國(guó)際一些高校及學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)也對(duì)有源濾波器進(jìn)行了深入廣泛的高水平研究。 我國(guó)對(duì)諧波問(wèn)題的研究起步較晚,80年代末期才出現(xiàn)這方面的文獻(xiàn),以1988年吳竟昌等出版了我國(guó)有關(guān)諧波問(wèn)題非常經(jīng)典的著作電力系統(tǒng)諧波為代表；此外國(guó)內(nèi)高校如中南大學(xué)、湖南大學(xué)、西安交通大學(xué)等對(duì)有源電力濾波器也開(kāi)展了深入的研究,并成功研發(fā)了許多實(shí)驗(yàn)樣機(jī)；同時(shí)我國(guó)市場(chǎng)最近也逐漸出現(xiàn)了一

20、些企業(yè)自主研發(fā)的APF產(chǎn)品,例如:上海寶鋼安大電能質(zhì)量有限公司研發(fā)生產(chǎn)的PQFA低壓APF、上海追日電氣有限公司生產(chǎn)的JCBL系列、ZRAF系列的、APF裝置；此外,國(guó)內(nèi)部分公司代理國(guó)外APF產(chǎn)品,如上?；锇榧夹g(shù)咨詢公司代理美國(guó)Square D公司的Accusine、深圳市龍?jiān)措姎庥邢薰敬鞟etiveSine、SineWave電網(wǎng)有源濾波補(bǔ)償裝置、深圳市科雷特電子有限公司代理諾基亞MaxSine型有源濾波器等。1.2.2有源電力濾波器的發(fā)展趨勢(shì) 隨著現(xiàn)代社會(huì)對(duì)電能質(zhì)量要求的日益提高,APF作為有效治理電網(wǎng)諧波的手段也得到了日益廣泛的應(yīng)用。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)APF的研究主要集中在諧波電流檢測(cè)方法、

21、控制系統(tǒng)、主電路設(shè)計(jì)等幾個(gè)方面。雖然己經(jīng)研制出一些樣機(jī)與產(chǎn)品投入使用,但對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量進(jìn)行補(bǔ)償?shù)男Ч€存在缺陷,APF的發(fā)展趨勢(shì)體現(xiàn)在諸如以下幾個(gè)方面： 1、應(yīng)該更加深入研究新型的諧波電流檢測(cè)方法和跟蹤控制策略,提高算法的實(shí)時(shí)性與簡(jiǎn)潔性； 2、為了降低成木和提高效率,大多采用混合型APF系統(tǒng)來(lái)降低裝置容量。例如對(duì)于大功率濾波裝置,可采用APF并聯(lián)LC濾波器混合使用的APF系統(tǒng)來(lái)減小容量,降低成本,提高效率；另外還可在供電系統(tǒng)的供電側(cè)安裝稱為“統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器”,其功能強(qiáng)大、性價(jià)比高,是APF的發(fā)展新趨勢(shì)之一；3、提出新的APF拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),提高系統(tǒng)補(bǔ)償性能,簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；4、通過(guò)采用PWM調(diào)

22、制和提高開(kāi)關(guān)器件等效開(kāi)關(guān)效率的多重化技術(shù),對(duì)于容量小于2MVA的APF,通常采用IGBT及PWM技術(shù)進(jìn)行諧波補(bǔ)償；對(duì)于容量大于5MVA的APF,通常采用GTO及多重化技術(shù)進(jìn)行諧波補(bǔ)償； 5、APF的多功能化,使之不僅可以補(bǔ)償系統(tǒng)諧波,還可以補(bǔ)償無(wú)功電流;此外,通過(guò)在控制電路上采用先進(jìn)的智能控制技術(shù)可抑制電壓閃變以及電壓不平衡等,使其具有綜合補(bǔ)償?shù)墓δ? 6、補(bǔ)償裝置的控制系統(tǒng)趨向數(shù)字化。采用高速數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)可以實(shí)時(shí)計(jì)算諧波和無(wú)功,通過(guò)I/0接口和PWM接口直接發(fā)送開(kāi)關(guān)控制信號(hào),有效地解決了元件老化和溫漂等因素帶來(lái)的問(wèn)題,提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。1.3本文所做的工作 本文主要以三相三

23、線并聯(lián)型有源電力濾波器為研究對(duì)象,針對(duì)其工作特性深入研究諧波檢測(cè)方法和補(bǔ)償電流控制方法,主要工作有: 1、介紹非線性負(fù)載和換流設(shè)備對(duì)電力系統(tǒng)的影響和諧波治理的研究現(xiàn)狀,了解有源濾波器的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì),分析有源濾波器的工作原理及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),重點(diǎn)研究了三相三線并聯(lián)型有源電力濾波器； 2、介紹了常用的有源濾波器諧波電流檢測(cè)方法和補(bǔ)償電流控制方法,重點(diǎn)研究基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的ip-iq檢測(cè)法,直流側(cè)電容電壓的控制方法以及有源電力濾波器的主電路結(jié)構(gòu)與相關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì)； 3、利用Matlab/simulink的軟件平臺(tái)進(jìn)行物理模型的搭建,通過(guò)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究研究結(jié)果表明基于瞬時(shí)無(wú)功功率檢測(cè)的APF系統(tǒng)實(shí)際檢

24、測(cè)出的補(bǔ)償電流可快速準(zhǔn)確地跟蹤指令電流信號(hào)進(jìn)行諧波補(bǔ)償,且直流側(cè)電壓也可快速達(dá)到穩(wěn)定值,補(bǔ)償性能良好,系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)可行有效。第二章 并聯(lián)型有源電力濾波器有源電力濾波器（Active Power Filter,簡(jiǎn)寫(xiě)APF）是一種用于動(dòng)態(tài)抑制諧波和補(bǔ)償無(wú)功的新型電力電子裝置，它能對(duì)頻率和幅值都變化的諧波跟蹤補(bǔ)償，且補(bǔ)償特性不受電網(wǎng)阻抗的影響，可以有效的隔離系統(tǒng)與諧波源，補(bǔ)償效果好，因而在國(guó)內(nèi)外都受到了廣泛的重視。2.1 有源電力濾波器有源電力濾波器的基本原理是實(shí)時(shí)檢測(cè)電網(wǎng)諧波，利用可控電力電子器件產(chǎn)生與之大小相等、相位相反的電流，注入電網(wǎng)，從而達(dá)到實(shí)時(shí)補(bǔ)償諧波電流的目的。諧波源一般為非線性負(fù)載，

25、如整流器等，產(chǎn)生諧波電流Ib；供電系統(tǒng)一般為保護(hù)的對(duì)象；有源電力濾波器表現(xiàn)為流控電流源，它的作用是產(chǎn)生和諧波源諧波電流具有相同幅值而相位相反的補(bǔ)償電流-Ib來(lái)達(dá)到消除諧波的目的。 為適應(yīng)用戶對(duì)補(bǔ)償性能的要求以及不斷出現(xiàn)的應(yīng)用場(chǎng)合,其結(jié)構(gòu)形式不斷得到改進(jìn),具體的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與分類如下: 1、按直流側(cè)儲(chǔ)能元件分類1 有源電力濾波器可分為電容儲(chǔ)能型(或電壓源型)有源電力濾波器和電感儲(chǔ)能型(或電流源型)有源電力濾波器。表2-1 電壓型APF與電流型APF主電路特點(diǎn)比較 電壓型APF 電流型APF直流側(cè)接有C，可是為電壓源：保持直流側(cè)電壓不變接有L，可是為電流源：保持直流側(cè)電流不變交流側(cè) 輸出電壓為PWM波

26、 輸出電流為PWM波 應(yīng)用場(chǎng)合補(bǔ)償非線性負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、但損耗較大不適合用于大功率場(chǎng)合效率高，可任意并聯(lián)擴(kuò)容，易于單機(jī)小型化，成本低、技術(shù)較成熟完善，適用于電網(wǎng)級(jí)諧波補(bǔ)償圖2-1 三相電壓型和電流型有源電力濾波器主電路 2、按主電路所使用的逆變器數(shù)量分類 根據(jù)主電路所使用的逆變器數(shù)量可分為單個(gè)主電路APF和多重化主電路APF。多重化主電路APF可以提高有源電力濾波器的容量,降低單個(gè)器件的工作頻率從而減小器件的開(kāi)關(guān)損耗。 3、按電源相數(shù)分類 根據(jù)電源相數(shù)有源濾波器可分為單相、三相三線制、三相四線制等。 4、按接入電網(wǎng)的連接方式分類1 根據(jù)接入電網(wǎng)的連接方式不同,有源濾波

27、器可分為并聯(lián)型APF、串聯(lián)型APF以及串并聯(lián)混合型APF。 (l)單獨(dú)使用 如圖2-2所示為單獨(dú)使用的串聯(lián)型APF,這種結(jié)構(gòu)的APF主要用于消除電源電壓波形畸變。圖2-2 單獨(dú)使用的串聯(lián)型APF如圖2-3所示為單獨(dú)使用的并聯(lián)型APF,主要用于補(bǔ)償電網(wǎng)電流諧波和無(wú)功,是目前應(yīng)用最廣泛的一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖2-3 單獨(dú)使用的并聯(lián)型APF（2） 根據(jù)接入電網(wǎng)的方式，有源電力濾波器還可以分為直接接入和通過(guò)無(wú)源濾波器間接接入電網(wǎng)兩種方式。圖2-4所示為混合型濾波器，它是有源濾波器和無(wú)源濾波器的組合結(jié)構(gòu)。這種濾波器結(jié)構(gòu)目前非常普遍，因?yàn)樗⒙?lián)的LC無(wú)源濾波器部分消除了大量的低次諧波，因而有源濾波器部分容量可以

28、做到很小（負(fù)荷容量的5%左右），這樣大大減少了有源濾波器的體積和成本。它可以同時(shí)消除電壓和電流諧波，而且成本相對(duì)來(lái)說(shuō)較低，因而非常受歡迎。但是這種結(jié)構(gòu)的濾波器的缺點(diǎn)在于只能針對(duì)特定負(fù)荷進(jìn)行補(bǔ)償，負(fù)荷運(yùn)行狀況變化較大的時(shí)候補(bǔ)償性能不好。圖2-4 混合型有源濾波器的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(3)通用電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器圖2-5所示為串-并聯(lián)新型有源電力濾波器，相關(guān)文獻(xiàn)稱之為統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器（UPQC）。它綜合了串聯(lián)型和并聯(lián)型兩種結(jié)構(gòu)，共同組成一個(gè)完整的用戶電力裝置來(lái)解決電能質(zhì)量的綜合問(wèn)題。其中，直流側(cè)電容器或電感儲(chǔ)能裝置是串聯(lián)型和并聯(lián)型有源濾波器所公用的，串聯(lián)有源電力濾波器起到補(bǔ)償電壓諧波、消除系統(tǒng)不平衡、調(diào)節(jié)電

29、壓波動(dòng)或閃變、維持系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性或阻尼振蕩的作用。并聯(lián)變流器起到補(bǔ)償電流諧波不平衡、補(bǔ)償負(fù)荷的無(wú)功、調(diào)節(jié)變流器直流側(cè)電壓的作用。因此這種統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器可以實(shí)現(xiàn)短時(shí)間不間斷供電、蓄能、無(wú)功補(bǔ)償、抑制諧波、消除電壓波動(dòng)及閃變、維持系統(tǒng)電壓穩(wěn)定等功能，被認(rèn)為是最理想的有源濾波器的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)即可用于三相系統(tǒng)，又可以用于單相系統(tǒng)。但是其主要缺陷在于成本較高（需要較多的開(kāi)關(guān)器件）和控制復(fù)雜。圖 2-5 串-并聯(lián)型有源電力濾波器的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)2.2有源濾波器的工作原理 現(xiàn)代化工業(yè)中的各種換流設(shè)備、開(kāi)關(guān)電源以及各種照明設(shè)施等都在工作時(shí)產(chǎn)生了大量的諧波電流,可視為諧波電流源,因此大多采用并聯(lián)型APF作為

30、補(bǔ)償裝置補(bǔ)償諧波電流，并聯(lián)型APF在工業(yè)應(yīng)用上占主導(dǎo)地位,技術(shù)相當(dāng)成熟;此外,由于工業(yè)的三相三線制APF技術(shù)改進(jìn)后即可用于民用的三相四線制情況,因此本文選用三相三線制并聯(lián)型APF作為重點(diǎn)研究對(duì)象展開(kāi)進(jìn)一步的研究。圖2-6并聯(lián)型有源濾波器原理框圖并聯(lián)型有源電力濾波器基本原理框圖如圖2-6所示。在指令電流檢測(cè)運(yùn)算電路中將負(fù)載電流中所含的高次諧波和基波無(wú)功電流檢出,根據(jù)指令電流信號(hào)進(jìn)行快速跟蹤控制,利用主電路可關(guān)斷電力電子器件的特性產(chǎn)生與負(fù)載電流中諧波分量大小相等、相位相反的電流與諧波抵消,使得網(wǎng)側(cè)電流波形近乎正弦信號(hào),從而保證電網(wǎng)的供電質(zhì)量。電網(wǎng)側(cè)電流由負(fù)載電流和補(bǔ)償電流兩部分組成,即 （2-1）

31、負(fù)載電流包含基波電流和諧波電流,基波電流包含基波電流有功分量和基波電流無(wú)功分量,則: （2-2） 并聯(lián)的APF跟蹤負(fù)載電流中的諧波分量及無(wú)功分量,產(chǎn)生補(bǔ)償電流與二者大小相等、方向相反的,從而有效抑制了線路中的諧波分量及無(wú)功分量,使得網(wǎng)側(cè)電流為正弦波。 （2-3） （2-4）若輸出的補(bǔ)償電流與諧波電流七大小相等極性相反,則網(wǎng)側(cè)電流中僅包含負(fù)載電流中的基波分量,則APF對(duì)諧波電流進(jìn)行補(bǔ)償?shù)窒似渲械闹C波,有效地抑制了諧波。 （2-5） （2-6） 根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)要求有源電力濾波器補(bǔ)償目的不同,指令電流與補(bǔ)償后的網(wǎng)側(cè)電流的關(guān)系如表2-2所示。表2-2 指令電流與補(bǔ)償后電源電流的關(guān)系補(bǔ)償目的ic*is補(bǔ)

32、償諧波-iLhiLf補(bǔ)償無(wú)功-iLfqiLfq+iLh補(bǔ)償諧波和無(wú)功-（iLfq+iLh）iLfq2.3主電路結(jié)構(gòu)及其相關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì)2.3.1主電路工作原理 本文所研究的有源濾波器為并聯(lián)型,采用電壓型主電路,其基本結(jié)構(gòu)如圖2-7所示,任一橋臂由一個(gè)IGBT和Diode反并聯(lián)構(gòu)成,由電流跟蹤控制電路得到的PWM信號(hào)控制IGBT,并且IGBT的通斷控制了與其反并聯(lián)的Diode的通斷。圖2-7 有源濾波器主電路任一橋臂中是IGBT通/斷還是Diode通/斷,這就取決于補(bǔ)償電流的極性。以A相為例,對(duì)V1，V2的通斷控制情況如表2-3所示,B相、C相開(kāi)關(guān)通斷情況一樣4。表2-3 A相開(kāi)關(guān)通斷邏輯表icai

33、ca* V1V2+斷通+-斷VDv2通-+VDv1通斷-通斷在主電路中,直流側(cè)的電容電壓與交流側(cè)電源電壓之差作用于電感上產(chǎn)生了補(bǔ)償電流,由主電路中的V1-V6的通斷情況來(lái)決定主電路的工作模式,且任一橋臂上下兩組開(kāi)關(guān)中的IGBT和Diode必有一個(gè)導(dǎo)通,開(kāi)關(guān)系數(shù)Ka、Kb、Kc的值與主電路工作模式之間的關(guān)系如表2-4所示。表2-4 主電路工作模與開(kāi)關(guān)系數(shù)Ka、Kb、Kc的值工作模式 序號(hào)工作模式開(kāi)關(guān)系數(shù)V1V3V5V4V6V2 K1 K2 K31通通通-2/31/31/32通通通1/3-2/31/33通通通-1/3-1/32/34通通通1/31/3-2/35通通通-1/32/3-1/36通通通2

34、/3-1/3-1/3根據(jù)圖2-7得到下列微分方程組,式中,KaUc、KbUc、KcUc為主電路各橋臂中點(diǎn)與電源中點(diǎn)之間的電壓；Ka、Kb、Kc為開(kāi)關(guān)系數(shù),Ka+Kb+Kc=0。 (2-7)2.3.2開(kāi)關(guān)器件的選擇5要使補(bǔ)償電流快速響應(yīng)跟蹤指令電流的變化,需要在有源濾波器設(shè)計(jì)中選用速度快的開(kāi)關(guān)器件；此外根據(jù)所設(shè)計(jì)的有源濾波器的容量及其實(shí)際補(bǔ)償要求來(lái)選擇適宜的開(kāi)關(guān)器件,提供適宜的開(kāi)關(guān)頻率和死區(qū)時(shí)間。在實(shí)際工程運(yùn)用中主要是采用GTO、IGBT,綜合其性能比較,GTO多用于100kVA以上的大容量APF的主電路,但是其工作頻率低,對(duì)較高次諧波補(bǔ)償效果差；對(duì)于100kVA以下的中小容量APF主電路電力電

35、子器件一般選擇IGBT,其工作頻率比GTO高,對(duì)較高次諧波補(bǔ)償效果好；新型開(kāi)關(guān)器件IGCT可靠性高,損耗小,所需的外圍電路簡(jiǎn)單,但是目前市場(chǎng)價(jià)格較高,大大增加了系統(tǒng)成本,所以其暫時(shí)還沒(méi)有廣泛使用。本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主要是針對(duì)小容量的有源濾波器補(bǔ)償,故選擇IGBT作為主電路的電力電子器件,選用三菱公司產(chǎn)品PM50RLA120的IPM模塊作為參考。2.3.3主電路容量有源濾波器容量為: （2-8）其中E:相電壓,22OV；Ic:補(bǔ)償電流有效值。本文所設(shè)計(jì)的主電路選用三菱公司產(chǎn)品PM50RLA120的IPM模塊提供的IGBT作為參考功率器件,其額定電流為50A,考慮其有2倍的裕度,則最大瞬間補(bǔ)償流為25

36、A,則其電流有效值為最大值的l/,近乎18A,則該有源濾波器容量為：=3*220*18=11.88KVA。2.3.4開(kāi)關(guān)頻率與死區(qū)時(shí)間 主電路的功率器件選用三菱公司產(chǎn)品PM50RLA120的IPM模塊,根據(jù)其推薦的相關(guān)工作參數(shù)見(jiàn)下表2-5,則根據(jù)實(shí)際補(bǔ)償要求選擇=10KHz,死區(qū)時(shí)間Td為2.5。表2-5 功率器件相關(guān)工作參數(shù)設(shè)置直流母線VccP-N之間的電壓<800V驅(qū)動(dòng)電壓VD加在驅(qū)動(dòng)電源側(cè)13.515.016.5V輸入“開(kāi)”電壓VCIN加在信號(hào)輸入端0.8V輸入“關(guān)”電壓Vcin加在信號(hào)輸入端9.0V載波頻率fpwm輸入信號(hào)頻率20KHz死區(qū)時(shí)間Td防止上下臂直接短路2.5s2.3

37、.5直流側(cè)儲(chǔ)能電容穩(wěn)定電壓 直流側(cè)儲(chǔ)能電容電壓的穩(wěn)定值認(rèn)及其允許的波動(dòng)范圍的選取是整個(gè)系統(tǒng)補(bǔ)償性能的品質(zhì)因素最關(guān)鍵的步驟之一。山于補(bǔ)償電流是高頻開(kāi)關(guān)作用產(chǎn)生的,Uc越小,則Uc等級(jí)越低,開(kāi)關(guān)器件上的電壓應(yīng)力就越低,成本也就相應(yīng)降低了；開(kāi)關(guān)動(dòng)作的同時(shí),除了產(chǎn)生補(bǔ)償電流,同時(shí)還伴隨產(chǎn)生開(kāi)關(guān)紋波。要使其對(duì)補(bǔ)償電流的影響減小,就需要電容電壓與相電壓峰峰值的比值越低,即電容電壓盡可能低。另外,為了保證在一個(gè)工頻周期內(nèi)感性負(fù)載電流有正負(fù)變化,則需要Uc>相電壓峰峰值;其次,根據(jù)PWM原理,其調(diào)制比一般不大于75%,并且考慮相應(yīng)的裕度;再者,Uc最小應(yīng)大于相電壓峰峰值的3倍才可以保障電流跟蹤響應(yīng)足夠快

38、速,即Uc>3*220V=660V,因此,取Uc=800V。2.3.6儲(chǔ)能電容C在APF進(jìn)行補(bǔ)償時(shí),Udc在一定范圍內(nèi)上下波動(dòng),直流側(cè)電容在APF工作時(shí)不斷地充電放電,其作用就是緩沖這些波動(dòng),為電壓型逆變器提供一個(gè)穩(wěn)定的直流電壓。電容容量越大,則允許認(rèn)的波動(dòng)范圍越小,系統(tǒng)的補(bǔ)償性能越好。 (2-9)其中是C允許的最大能量脈動(dòng),是電壓脈動(dòng)，根據(jù)具體的補(bǔ)償要求確定上述參數(shù),綜合考慮本文選用儲(chǔ)能電容為4900F。2.3.7交流側(cè)電感L 交流側(cè)電感是APF實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償功能正常工作必不可缺的參數(shù)之一,它的主要作用是平衡主電路中各點(diǎn)的電壓,調(diào)整補(bǔ)償電流的相位,使其在降低補(bǔ)償電流中的毛刺紋波,能夠快速跟蹤

39、指令電流,滿足所需的補(bǔ)償效果。 補(bǔ)償電流跟蹤指令電流的效果取決于電感電流的動(dòng)態(tài)指標(biāo)dic/dt，通常動(dòng)態(tài)變化率與補(bǔ)償效果是成正比的；但是動(dòng)態(tài)變化率dic/dt越大,會(huì)在補(bǔ)償電流中伴隨產(chǎn)生很大的紋波電流,對(duì)補(bǔ)償效果造成影響,最適宜的參數(shù)值,所以電感的選擇應(yīng)該綜合考慮上述因素。通?？紤]指令電流最大變化率。指令電流最大變化率與補(bǔ)償參考電流的經(jīng)驗(yàn)公式為: (2-10) 上式中,f為電源頻率,且: （2-11） 式中,為指令電流的有效值。2.4 本章小結(jié)本章首先介紹了并聯(lián)型有源電力濾波器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理。然后針對(duì)電流型諧波源，比較了并聯(lián)型和串聯(lián)型有源電力濾波器在補(bǔ)償原理上的差異，說(shuō)明了并聯(lián)型有源電力

40、濾波器能更方便的補(bǔ)償電流型諧波源。最后介紹了有源濾波器主電路結(jié)構(gòu)及其相關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì)。第三章 有源濾波器的諧波電流檢測(cè)技術(shù)3.1常用的諧波電流檢測(cè)技術(shù) 電力系統(tǒng)中諧波檢測(cè)是諧波問(wèn)題研究的關(guān)鍵步驟之一,是研究諧波問(wèn)題的出發(fā)點(diǎn)。對(duì)于實(shí)際電力系統(tǒng)中有源電力濾波器設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō),在指令電流運(yùn)算電路中,要求快速準(zhǔn)確地檢測(cè)出負(fù)載電流中包含的諧波分量及無(wú)功分量,作為電網(wǎng)中后續(xù)有效補(bǔ)償電能質(zhì)量的前提,電力系統(tǒng)中實(shí)際測(cè)量方法主要以下幾種方法: 1、模擬帶通或帶阻濾波器諧波檢測(cè)法 這是最早采用的諧波檢測(cè)方法,用于分離檢測(cè)信號(hào)中負(fù)載電流的某一頻率分量,雖然電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,補(bǔ)償效果易于控制,成本不高,但是由于濾波器對(duì)元件參數(shù)十分

41、敏感,受外界干擾影響較大,現(xiàn)在已經(jīng)很少使用； 2、基于傅里葉變換的諧波檢測(cè)法6 基于傅里葉變換的諧波檢測(cè)法是根據(jù)離散傅里葉變換(DFT)過(guò)渡到快速里葉變換(FFT)的原理構(gòu)成,該方法只適用于平穩(wěn)信號(hào),用FFT獲取各次諧波信號(hào)的幅值、頻率及相位,易實(shí)現(xiàn),功能多。但存在著頻帶混疊和頻譜泄漏等問(wèn)題,不能完成檢測(cè)工作,針對(duì)這些缺點(diǎn)有以下幾種改進(jìn)方案:表3-1 基于傅里葉變換的諧波檢測(cè)法的特點(diǎn)比較檢測(cè)方法特點(diǎn)加窗插值法通過(guò)加窗減少頻譜泄漏，通過(guò)插值消除柵欄效應(yīng)引起的誤差。該方法可減少泄漏，有效地抑制諧波之間的干擾和雜波及噪聲的干擾，從而可以精確測(cè)量到各次諧波電壓和電流的幅值相位。修正理想采樣頻率法主要思

42、想是對(duì)每個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)行修正，得到理想采樣頻率下的采樣值。該方法不需要添加任何硬件，實(shí)時(shí)性好，適合在線測(cè)量，但它與前兩種方法相比較誤差稍大一些，只能減少50%的泄漏雙峰譜線修正算法用距諧波點(diǎn)最近的兩個(gè)離散頻譜幅值估計(jì)出待求諧波幅值，并用多項(xiàng)式逼近法獲得頻率和幅值修正的計(jì)算公式，能有效降噪與減少頻譜泄露準(zhǔn)同步采樣法有效地抑制諧波對(duì)測(cè)量參數(shù)的影響及減小未完全同步產(chǎn)生的誤差獲得較高的測(cè)量精度。但是這種算法需要處理數(shù)據(jù)量非常大，實(shí)時(shí)性不夠理想，而且相位誤差較大。3、基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的諧波檢測(cè)法基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的諧波檢測(cè)法最早是于1983年由日本學(xué)者赤木泰文(H.Akagi)提出,基于此理論有源濾波

43、器研究是現(xiàn)今最廣泛使用的諧波檢測(cè)方法。該方法實(shí)用性好,延時(shí)小,可以同時(shí)檢測(cè)諧波并且補(bǔ)償無(wú)功；但是控制電路相對(duì)復(fù)雜,計(jì)算量大。目前基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的諧波檢測(cè)法主要有p-q法、p-q-r法、d-q法、ip-iq法四種,其特點(diǎn)比較如表3-2所示。檢測(cè)方法特點(diǎn)基于abc/靜止參考坐標(biāo)變換的諧波檢測(cè)方法p-q法僅適用于三相三線平衡正弦電壓的供電系統(tǒng),當(dāng)三相系統(tǒng)不平衡或電源源電壓波形畸變時(shí),諧波檢測(cè)結(jié)果誤差很大,并且沒(méi)有補(bǔ)償無(wú)功。p-q-r法適用于三相不平衡的供電系統(tǒng),能檢測(cè)在三相不平衡情況下的諧波電流?；谕絽⒖甲鴺?biāo)變換的方法d-q法適用于電網(wǎng)電壓畸變和不對(duì)稱的供電系統(tǒng),實(shí)時(shí)性好,可檢測(cè)基波電流、

44、無(wú)功和諧波分量,但對(duì)電路主要部件的參數(shù)依賴性大。ip-iq法在電壓波形畸變時(shí)仍然可以正常工作,準(zhǔn)確檢測(cè)出對(duì)稱三相電路的諧波，實(shí)時(shí)性較好,當(dāng)只需測(cè)量諧波時(shí)可省去鎖相環(huán)電路。表3-2 基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的諧波檢測(cè)法的特點(diǎn)比較3.2基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的ip-iq諧波電流檢測(cè)法1設(shè)三相電路網(wǎng)側(cè)電壓的瞬時(shí)值為ea、eb、ec,瞬時(shí)電流為ia、ib、ic,將它們變換到-兩相正交坐標(biāo)系可得兩相瞬時(shí)電壓、和兩相瞬時(shí)電流值、為: （3-1） （3-2）式中， （3-3）在圖3-1所示的-平面上,、和、可分別旋轉(zhuǎn)合成為電壓矢量e和電流矢量i： (3-4) (3-5)其中,、分別為電壓矢量的模與幅角,、小件分別

45、為電流矢量的模和幅角。圖3-1 -正交坐標(biāo)系下的電壓/電流矢量圖則三相電路瞬時(shí)有功電流ip,為矢量i在矢量e及其法線上的投影,即: （3-6）三相電路瞬時(shí)無(wú)功電流凡為矢量iq在矢量e及其法線上的投影,即: （3-7）在上兩式中,為e與i之間的夾角。 如圖3-2所示,基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的ip-iq法的是利用PLL產(chǎn)生一個(gè)與A相網(wǎng)側(cè)電壓ea同相的正/余弦信號(hào)sint和cost,根據(jù)以上理論可計(jì)算得出ip、iq,經(jīng)LPF濾波后得到直流分量、 經(jīng)過(guò)反變換可得到各相基波正序分量、，分別與電流ia、ib、ic相減即可得到各相的諧波電流分量iah、ibh、ich。圖3-2 法檢測(cè)諧波電流框圖基波正序分量、

46、由下式計(jì)算可得: (3-8) 在上式中,C為轉(zhuǎn)換矩陣,為轉(zhuǎn)換矩陣的逆矩陣,其值為： (3-9) 根據(jù)以上瞬時(shí)無(wú)功功率理論的分析,構(gòu)建ip-iq諧波電流檢測(cè)方法的仿真圖需要考慮以下三方面: 1、直流側(cè)電壓控制 根據(jù)能量守恒,三相三線制電網(wǎng)的有功功率可看作從電源側(cè)直接傳遞給了負(fù)載和APF。若不考慮APF開(kāi)關(guān)損耗,則直流側(cè)電容電壓會(huì)受到流入APF的有功功率的影響而發(fā)生變化,因此調(diào)節(jié)系統(tǒng)的有功能量就能控制直流側(cè)電壓,控制原理如圖3-3所示。圖3-3 直流側(cè)電壓控制 逆變器直流側(cè)電容電壓的參考值和反饋值比較,差值經(jīng)過(guò)比例積分環(huán)節(jié)(PI)后與有源濾波器參考電流的有功電流分量ip,疊加生成指令電流調(diào)節(jié)信號(hào)；

47、從而完成對(duì)電容電壓的控制,使APF的直流側(cè)與交流側(cè)交換能量,將調(diào)節(jié)至給定值。直流側(cè)電壓控制環(huán)節(jié)PI控制器的參數(shù)=1.0,=0.12、檢測(cè)電路中低通濾波器的設(shè)計(jì) 諧波電流檢測(cè)電路中低通濾波器（LPF）的類型、階數(shù)和截止頻率對(duì)檢測(cè)電路的動(dòng)態(tài)響應(yīng)過(guò)程、穩(wěn)態(tài)檢測(cè)精度都有很大的影響，并最終將影響有源電力濾波器的補(bǔ)償性能。LPF的性能主要由其類型、階數(shù)和截止頻率決定，下面分別從這三方面討論LPF的設(shè)計(jì)原則：1) 濾波器類型的選擇常用的濾波器有Butterworth，Elliptic等幾種。2）濾波器階數(shù)的選擇濾波器的階數(shù)越高，檢測(cè)精度越高，但動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度會(huì)越慢。為了保證電流檢測(cè)方法既具有較高的檢測(cè)精度，同

48、時(shí)又有著較快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，必須合理選擇低通濾波器的類型、階數(shù)和參數(shù)。一般選擇二階濾波器就能滿足要求。3）濾波器截止頻率的選擇從提高檢測(cè)精度出發(fā)，希望濾波器的截止頻率選擇得越低越好，但這樣會(huì)引起延時(shí)加大，使動(dòng)態(tài)響應(yīng)過(guò)程變慢。低通濾波器的任務(wù)是濾除交流分量，這些交流分量的頻率一般比較高。一般，截止頻率選擇在20Hz到40Hz左右，就可以滿足要求。本文電流檢測(cè)方法采用二階Butterworth低通濾波器，截止頻率為20Hz。在此濾波器參數(shù)情況下，既有較高的檢測(cè)精度，又有較好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。綜上所述,ip-iq諧波電流檢測(cè)方法的仿真圖如圖3-4所示:圖3-4 ip-iq諧波電流檢測(cè)方法的仿真圖3.3

49、 PWM控制方式的研究9PWM變流器的作用是實(shí)時(shí)產(chǎn)生所需要的補(bǔ)償電流。并聯(lián)型有源電力濾波器的補(bǔ)償效果除了取決于諧波電流指令形成電路的精度外，還取決于PWM控制方法。常用的PWM控制方法有：跟蹤型PWM控制方法、自然采樣法、規(guī)則采樣法、諧波消去法及面積法。在有源濾波器中，通常采用的是跟蹤型PWM控制方法。跟蹤型PWM控制方法一般有三種控制方式：定時(shí)瞬值比較方式、三角波比較方式、滯環(huán)瞬時(shí)值比較方式等。3.3.1 定時(shí)瞬時(shí)值比較PWM控制方式定時(shí)瞬時(shí)值比較PWM控制方式的工作原理如圖3-5所示。補(bǔ)償電流與指令電流比較后，將比較器的輸出結(jié)果送入D觸發(fā)器。D觸發(fā)器輸出受采樣時(shí)鐘頻率決定。每個(gè)時(shí)鐘周期對(duì)比

50、較器的輸出采樣一次，使得PWM信號(hào)至少需要一個(gè)時(shí)鐘周期才能變化一次。這樣，時(shí)鐘信號(hào)的頻率便限定了開(kāi)關(guān)器件的最高工作頻率，使之不能超過(guò)時(shí)鐘頻率的一半，從而避免了因?yàn)殚_(kāi)關(guān)頻率過(guò)高而導(dǎo)致開(kāi)關(guān)器件的損壞。圖3-5定時(shí)瞬值比較PWM控制方法3.3.2 三角波比較PWM控制方式三角波比較控制方式與其他用三角波作為載波的PWM控制方式不同，它不直接將指令電流信號(hào)與三角波比較，而是將與的偏差經(jīng)比例積分放大器后成為調(diào)制信號(hào)，與三角波發(fā)生電路產(chǎn)生的作為載波信號(hào)的三角波進(jìn)行比較，獲得驅(qū)動(dòng)有源電力濾波器主電路的PWM驅(qū)動(dòng)脈沖。三角波比較控制框圖如圖3-6所示，這樣組成的一個(gè)控制系統(tǒng)是基于把控制為最小來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的。圖3

51、-6三角波比較PWM控制方法與瞬時(shí)值比較方式相比，該方式具有如下特點(diǎn)：（1）硬件較為復(fù)雜；（2）跟隨誤差較大；（3）輸出電壓中所含諧波較少，但是含有與三角雜波相同頻率的諧波；（4）放大器的增益有限；（5）器件的開(kāi)關(guān)頻率固定，且等于三角載波的頻率；（6）電流響應(yīng)比瞬時(shí)值比較方式的慢11。3.3.3 滯環(huán)瞬時(shí)值比較方式圖3-7給出了滯環(huán)瞬時(shí)值方式的單相原理圖。在該方式中，把補(bǔ)償電流的指令信號(hào)與實(shí)際的補(bǔ)償電流信號(hào)進(jìn)行比較，將與的偏差作為滯環(huán)比較器的輸入，通過(guò)滯環(huán)比較器產(chǎn)生控制主電路中開(kāi)關(guān)中段的PWM信號(hào)，該P(yáng)WM信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路來(lái)控制開(kāi)關(guān)的通斷，從而控制補(bǔ)償電流的變化。 圖3-7滯環(huán)瞬時(shí)值比較PWM控

52、制方式在采用滯環(huán)比較器的瞬時(shí)值比較方式中，滯環(huán)寬度通常是固定的，因此將導(dǎo)致主電路的開(kāi)關(guān)頻率是變化的。當(dāng)補(bǔ)償電流的變化范圍較大時(shí)，一方面再值較小時(shí)，固定的環(huán)寬使得補(bǔ)償電流無(wú)法很好的跟蹤的變化，導(dǎo)致誤差過(guò)大；另一方面，在補(bǔ)償電流過(guò)大時(shí)，固定的環(huán)寬有可能使開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)頻率過(guò)高，甚至超出允許的最高頻率范圍，從而導(dǎo)致器件損壞。這種控制方式的特點(diǎn)歸結(jié)如下：(1）硬件電路十分簡(jiǎn)單；(2) 屬于實(shí)時(shí)控制方式，電流響應(yīng)快；(3) 不需要載波，輸出電壓中不含有特定頻率的諧波分量；(4) 屬于死循環(huán)控制方式，這是跟蹤型PWM控制方式的共同特點(diǎn)。(5) 如滯環(huán)的寬度固定，則電流跟隨誤差范圍是固定的，但是電力半導(dǎo)體器件的開(kāi)關(guān)頻率是變化的。3.4本章小結(jié)本章首先簡(jiǎn)單介紹了目前的諧波檢測(cè)技術(shù)，并做了簡(jiǎn)單的比較。接著詳細(xì)推導(dǎo)了基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的諧波電壓檢測(cè)方法。檢測(cè)電源諧波電流控制方式的工作原理及其控制電路，然后分析了檢測(cè)負(fù)載諧波電流控制方式的工作原理及其控制電路。另外，介紹了諧波檢測(cè)環(huán)節(jié)