梁福興 劉艷 鮑聰穎 武磊 張修華

摘要：相關(guān)資料表明，電網(wǎng)會由于電力電子器件的大量投放產(chǎn)生嚴重的諧波。現(xiàn)在影響電能質(zhì)量的主要因素諧波已經(jīng)成為可以排在首位了[1]，而對于諧波的治理最有效的手段就是有源濾波器。本文最后在MATLAB里搭建了應(yīng)用于單相整流電路帶電阻負載時的仿真模型。并且對補償特性做了深入的研究和分析。

中圖分類號：TN713.8文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791(2012)04(a)-0000-00

近些年來,隨著在工業(yè)生產(chǎn)中越來越多的電力電子器件被應(yīng)用，這些電力電子器件給我國工業(yè)生產(chǎn)帶來了巨大的貢獻，但是由此而帶來的諧波污染也越來越嚴重。相關(guān)資料表明[2]，電網(wǎng)會由于電力電子器件的大量投放產(chǎn)生嚴重的諧波?，F(xiàn)在影響電能質(zhì)量的主要因素諧波已經(jīng)成為可以排在首位了，而對于諧波的治理最有效的手段就是有源濾波器，本文對單相有源電力濾波器的仿真進行了研究，通過matalb仿真，分析該濾波器的工作特性，進而找到控制諧波污染的手段。

1 單相有源電力濾波器概述

隨著DSP技術(shù)和電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，采用單相有源電力濾波器是諧波抑制的一個重要措施就是。單相有源電力濾波器的基本原理是從補償對象中對諧波與無功電流進行檢測。在一定控制指令作用下由IPM組成的系統(tǒng)產(chǎn)生一個與無功電流大小相等的諧波，在系統(tǒng)中注入極性相反的電流，這樣電網(wǎng)電流就只含有基波電流，達到實時補償諧波電流的目的。單相有源電力濾波器能跟蹤補償幅值和頻率都變化的諧波，因而受到廣泛的重視。

2 單相有源電力濾波器的matlab建模

這里將單相并聯(lián)有源濾波器的諧波和無功電流檢測及電流跟蹤控制綜合起來，搭建單相并聯(lián)有源濾波器的完整電路并對其補償特性做一下研究。主要諧波含量分析：電網(wǎng)電流的畸變幾乎全部來源于奇次諧波。其中三次諧波含量 =16.74%,五次諧波含量 =10.69%，七次諧波含量 =6.01%，九次諧波含量 =3.18%，十一次諧波含量 =1.11%。

3 單相并聯(lián)有源濾波器的建模與仿真

單相電壓源模塊產(chǎn)生相電壓為670V的單相交流電壓，模擬實際電網(wǎng)電壓。非線性負載由可控整流橋和電阻負載構(gòu)成，模擬電網(wǎng)實際負載。電壓測量模塊測量電網(wǎng)電壓，電流測量模塊測量電網(wǎng)電流，背景為黃色的模塊是基于瞬時無功理論的諧波和無功電流檢測模塊子系統(tǒng)，背景為紅色的是電壓，電流互感器，采集電網(wǎng)中的電流和電網(wǎng)電壓。

電流內(nèi)環(huán)控制采用滯環(huán)電流控制。交流側(cè)電感 =6mH, =7mH。直流電壓為800V。負載電阻選R=10Ω。則負載電流I= /R=67A。若選環(huán)寬為補償指令電流信號的 則應(yīng)該為 3A。則給滯環(huán)比較器送入初始值。仿真時間定為4s，步長定為50e-6。啟動仿真。經(jīng)仿真分析計算得到開關(guān)管的平均頻率f=6KHz。

其他參數(shù)不變,將環(huán)寬變小，研究一下所選的環(huán)寬的變化對檢測結(jié)果的影響。選擇環(huán)寬為補償指令電流信號的 則應(yīng)該為 1.5A。開始進行仿真得到如下仿真結(jié)果：其中0次諧波（直流分量）含量為6.35%，其中三次諧波含量 =1.92%,五次諧波含量 =0.56%，七次諧波含量 =0.25%，九次諧波含量 =0.17%。十一次諧波含量 =0.1%。計算開關(guān)管的工作頻率。得到在一周期內(nèi)，環(huán)寬為 1.5A時，開關(guān)管的平均頻率為25KHz。再將環(huán)寬進一步減小，取 1A，同時保持其他參數(shù)不變。得到如下仿真結(jié)果：

其中0次諧波（直流分量）含量為6.35%，其中三次諧波含量 =1.92%,五次諧波含量 =0.56%，七次諧波含量 =0.25%，九次諧波含量 =0.17%,十一次諧波含量 =0.1%。計算開關(guān)管的平均頻率f=30KHz。

從濾波效果來看，環(huán)寬的大小對補償效果幾乎沒有影響。但環(huán)寬的大小對開關(guān)管的頻率卻有很大的影響，選的環(huán)越小，開關(guān)管頻率越大，這一點也很好理解。在一個周期內(nèi)，實際補償電流 跟蹤補償電流指令 變化的情況只受環(huán)寬的限制。當(dāng)環(huán)寬較小時，勢必增加開關(guān)管的工作頻率。

在仿真中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)所選的環(huán)的寬度降低時會明顯增加仿真時間，初步分析，是因為環(huán)寬度的減小帶來開關(guān)頻率的升高，帶來處理速度的降低。

另外一方面從補償效果來看。補償后的諧波總含量從21.24%降到7.18%。并且對比一下補償前后主要諧波的含量變化。

通過分析相關(guān)仿真結(jié)果發(fā)現(xiàn)：加入有源濾波器后，電網(wǎng)電流中的主要諧波（奇次諧波）都有明顯的下降。但同時0次諧波（直流量）含量卻很高，有6.35%。另外分析，補償后的諧波來源，即7%的諧波來自于檢測環(huán)節(jié)。綜合考慮后，我選取的是一般情況下的LPF的參數(shù)，檢測出的基波電流有一些畸變，對補償效果有一些影響。但已經(jīng)補償大部分的諧波，并且大幅度降低了奇次諧波含量。對于直流分量，我們嘗試通過改變APF的輸出濾波電感來降低其含量。

4結(jié)論

在本章里，我們在matlab里搭建了單相有源濾波器的仿真模型，分析了有源濾波器投入前和投入后的電網(wǎng)電流變化情況。將其對比后發(fā)現(xiàn)有源濾波器能大幅度減小電網(wǎng)電流中奇次諧波含量，但同時會少量增加電網(wǎng)的偶次諧波含有量。并且分析了原因。分析了環(huán)寬大小變化對檢測結(jié)果和系統(tǒng)的影響，即在滯環(huán)控制里環(huán)寬的大小會對補償?shù)木扔杏绊懀粫ρa償效果影響太大。但會大大影響開關(guān)管的工作頻率。并且會帶來仿真時間的延長，從這里可以看出精度和處理速度是一對矛盾體。在實際應(yīng)用中應(yīng)該綜合考慮確定參數(shù)?？傮w來說電流滯環(huán)跟蹤控制使補償電流能夠迅速跟蹤指令電流。得到比較理想的補償特性。

參考文獻

[1] 凌季平，高沁翔.并聯(lián)型電力有源濾波器的仿真研究.北京交通大學(xué)電氣學(xué)院.2010.

[2] 趙成勇，李庚銀，李廣凱，陳志業(yè).電力牽引系統(tǒng)的預(yù)測型諧波電流檢測方法研究.2011.

[3] 趙巍.基于DPS的混合有源電力濾波系統(tǒng)的研制.中南大學(xué)碩士學(xué)位論文. 2010.