錢歡 金玫秀 徐海博 錢偉 於勁飛

【摘 要】隨著科技的不斷進(jìn)步和人們需求的不斷增長(zhǎng)，在實(shí)際生活中的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)、電網(wǎng)傳輸、快速運(yùn)輸系統(tǒng)等眾多領(lǐng)域，電力電子裝置被廣泛使用，其中諧波問題被研究人員視為巨大的阻礙而得到了更多的關(guān)注。諧波產(chǎn)生的危害十分嚴(yán)重，諧波會(huì)造成電壓畸變，降低電力系統(tǒng)的功率因數(shù)，增加損耗，大幅減少使用壽命，甚至發(fā)生不對(duì)稱故障及不可逆的毀壞。本文介紹了對(duì)諧波和電力濾波器的研究和仿真的過程，主要包括研究諧波的檢測(cè)方法、研究SVPWM控制方式，設(shè)計(jì)有源電力濾波器并進(jìn)行仿真，濾波后的波形與正弦波相近，滿足電力濾波裝置的諧波抑制特性。

【關(guān)鍵詞】諧波;電力濾波器;SVPWM控制;MATALB仿真

中圖分類號(hào)： TM461;TM743 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）11-0065-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.11.030

【Abstract】With the continuous advancement of technology and the growing demand of people， power electronic devices are widely used in many fields such as industrial sites， power grid transmission， and rapid transportation systems in real life. Among them， harmonic problems are regarded as huge obstacles by researchers. And got more attention. The hazards generated by harmonics are very serious. Harmonics can cause voltage distortion， reduce the power factor of the power system， increase the loss， greatly reduce the service life， and even cause asymmetric faults and irreversible damage. This paper introduces the research and simulation process of harmonics and power filters， including research on harmonic detection methods， research on SVPWM control methods， design of active power filters and simulation， and the filtered waveforms are similar to sine waves. The harmonic suppression characteristics of the power filter device are satisfied.

【Key words】Harmonics; Power filter; SVPWM control; MATALB simulation

1 緒論

1.1 課題背景與實(shí)際意義

隨著人們對(duì)高質(zhì)量生活品質(zhì)需求的不斷增長(zhǎng)，電力電子裝置在實(shí)際生活中的控制系統(tǒng)、電網(wǎng)傳輸、運(yùn)輸系統(tǒng)等眾多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，其中諧波問題一直被作為最嚴(yán)重的問題之一，急需從事該行業(yè)的研究人員進(jìn)行有效的解決。

在當(dāng)今社會(huì)，電力電子裝置產(chǎn)生的諧波污染已經(jīng)成為各個(gè)領(lǐng)域發(fā)展的重大阻礙，隨著五大發(fā)展理念深入人心，減少諧波就是“綠色發(fā)展”的目標(biāo)之一。所以減少諧波污染，已成為電網(wǎng)設(shè)計(jì)，特別是電力電子技術(shù)中的一個(gè)關(guān)鍵方向。

1.2 研究現(xiàn)狀和進(jìn)展

1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀和進(jìn)展

大約從五六十年代開始，國(guó)外對(duì)電力諧波問題開始展開研究，當(dāng)時(shí)主要研究的是由高壓直流輸電技術(shù)中變流器引起的諧波問題。20世紀(jì)70年代以來，在日常生活的各個(gè)方面中，使用各種電力電子裝置的次數(shù)越來越多，諧波造成的危害也日趨嚴(yán)重。世界上各國(guó)對(duì)諧波問題都比較重視，關(guān)于諧波問題的國(guó)際研究性會(huì)議也在一直開展。

1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀和進(jìn)展

在美國(guó)、日本、德國(guó)等之后，我國(guó)在有源電力濾波器研究的深入開展過程中，得到各行各業(yè)的特別關(guān)注，投入了很大的精力，但和其他發(fā)達(dá)的國(guó)家相比還有一定的差距。圍繞有源電力濾波技術(shù)的研究，我國(guó)還處在進(jìn)一步攻克的關(guān)鍵時(shí)期，特別是在治理諧波的同時(shí)又補(bǔ)償無功功率的混合型APF領(lǐng)域，還有很多關(guān)鍵技術(shù)亟待突破。

2 并聯(lián)型有源電力濾波器概述

2.1 并聯(lián)型有源電力濾波器工作原理

電流補(bǔ)償發(fā)生器與指令運(yùn)算電路共同作用，形成了并聯(lián)型電力有源濾波器（APF）。對(duì)需要補(bǔ)償?shù)膶?duì)象進(jìn)行電流檢測(cè)，在電流補(bǔ)償發(fā)生電路的作用下，補(bǔ)償電流的指令信號(hào)會(huì)被放大，這樣補(bǔ)償電流便可得到，與所需補(bǔ)償?shù)臒o功電流及諧波抵消，我們所需要的電源電流便可通過這一系列的過程取得。

2.2 SVPWM控制方式介紹

電壓矢量控制（SVPWM）的過程是，根據(jù)不同的情況切換三相逆變器開關(guān)方式，在這過程中PWM波便會(huì)形成，實(shí)際磁鏈?zhǔn)噶恳矔?huì)形成，用它來跟蹤標(biāo)準(zhǔn)磁通圓。電壓矢量控制方法用整體式的模型，將異步電機(jī)和逆變系統(tǒng)一體化考察，模型比較簡(jiǎn)單，也便于微處理器的實(shí)時(shí)控制，被稱為磁通正弦PWM法。而SPWM方法是在電源模型的基礎(chǔ)上，涉及到產(chǎn)生正弦波的可用于調(diào)壓調(diào)頻的電源。

我們要確定的就是在任意一個(gè)圓的位置，這三個(gè)波形里哪一個(gè)波形對(duì)它產(chǎn)生作用，作用時(shí)間是多少，我們就能夠確定這么一個(gè)波形可以合成。同時(shí)，我們要根據(jù)這個(gè)三角形分成幾段之后對(duì)應(yīng)下來，它的時(shí)間是多少，也就是那個(gè)三角形對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)，就是它的作用時(shí)間點(diǎn)。

3 有源電力濾波器設(shè)計(jì)及仿真分析

3.1 有源電力濾波器設(shè)計(jì)

主要圍繞并聯(lián)有源電力濾波器系統(tǒng)，進(jìn)行仿真電路設(shè)計(jì)并進(jìn)行分析。如下圖所示，主要的參數(shù)為：（1）電網(wǎng)：三相理想電壓源為380V，內(nèi)阻為0.5，頻率為50Hz。（2）非線性負(fù)載：采用三相橋式全控整流器。整流器的直流側(cè)為阻感性負(fù)載，R=15，L=20H（3）諧波檢測(cè)：采用p-q諧波電流檢測(cè)方法。

3.2 模型設(shè)計(jì)及仿真分析

相關(guān)模塊解釋如下：

Sine Wave1-3是相位相差120度的三個(gè)信號(hào)，我們所需要的旋轉(zhuǎn)空間矢量就是這三個(gè)向量的合成;Atomic Subsystem和shanqu分別是用來進(jìn)行扇區(qū)、扇形區(qū)的判斷;三相PWM波形與基本矢量作用時(shí)間計(jì)算的合成是XYZ;Multiport Switch是三個(gè)開關(guān)，一個(gè)開關(guān)選擇形成一路。

從上面的波形圖中可以發(fā)現(xiàn)：濾波之前，非線性負(fù)載側(cè)的諧波分量較大，但是通過設(shè)計(jì)的有源濾波器模型后，與標(biāo)準(zhǔn)的正弦波相比，系統(tǒng)輸入電流很相近。由電力電子裝置產(chǎn)生的諧波，在設(shè)計(jì)的有源電力濾波器的作用下補(bǔ)償效果比較好，驗(yàn)證了電壓矢量控制方式以及設(shè)計(jì)的電力濾波器的可行性。

4 總結(jié)

4.1 課題總結(jié)

本項(xiàng)目在已有的知識(shí)基礎(chǔ)上，圍繞諧波濾波闡釋了諧波的檢測(cè)方法和電壓矢量控制方法，通過MATLAB軟件設(shè)計(jì)了相應(yīng)的有源電力濾波器模型并進(jìn)行了仿真，通過對(duì)仿真結(jié)果的比較，驗(yàn)證了用電壓矢量控制方式設(shè)計(jì)的有源濾波器，具有更好的控制性能，更利于數(shù)字化設(shè)計(jì)。

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