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一种三相并联有源滤波器的仿真研究
发布时间:2016-12-27 阅读：次 [打印文章] [关闭窗口]摘要：分析了并联型有源电力滤波器的基本工作原理，采用基于瞬时无功功率理论的改进型ip—iq电流检测算法，建立了基于电流滞环控制策略的仿真模型，并进行了仿真研究，结果证实了所提方案的正确性和可行性。
关键词：并联型有源电力滤波器；瞬时无功功率；改进型ip—iq法
0 引言
随着电力电子技术的发展，有源电力滤波器(APF)已成为解决电网谐波问题最有前贴片电感景的扁平型电感手段。有源电力滤波器主要由三部分组成：谐波及无功电流检测电路、产生补偿电流的逆变器和逆变器的控制电路。在APF中，谐波及无功电流的检测非常重要，其检测结果直接关系到整个APF系统的补偿特性；逆变器的控制电路使逆变器能够输出与插件电感器指令值相等的补偿电流，其控制效果直接影响到APF补偿性能的好坏。
常用的模拟带通(或带阻)滤波器检测高次电流的方法有许多缺点，如滤波器的中心频率对元件参数十分敏感，受外界环境影响较大，要获得理想的幅频特性和相频特性非常困难，对电网电压畸变不敏感，当电网频率发生波动时，不仅检测精度受影响，而且使检测出的谐波电流中含大量的基波分量，大大增加了有源补偿器的容量和运行损耗。此外，这种方法不能同时分离出无功电流。
基于瞬时无功功率理论的改进型ip—iq电流检测算法，突破了传统的以平均值为基础的功率定义，适用于非正弦波和任何过渡过程，对电网电压畸变不敏感；通过a—b—c坐标系下的电流滞环控制策略，建立了基于统一拓扑结构并联型有源电力滤波器的仿真模型，并进行了仿真研究。
1 有源电力滤波铁芯电感器器的基本工作原理
图1为最基本的有源电力滤波器的基本结构原理图。图中，es表示交流电源，负载为谐波源，它产生谐波并消耗无功。有源电力滤波器系统由两大部分组成，即指令电流运算电路和补偿电流发生电路(由电流跟踪控制电路、驱动电路和主电路三个部分构成)。主电路目前均采用PWM变换器。
有源电力滤波器的基本工作原理是：检测补偿对象的电压和电流，经指令电流运算电路计算得出补偿电流的指令信号，该信号经补偿电流发生电路放大，得出补偿电流，补偿电流与负载电流中要补偿的谐波及无功等电流抵消，最终得到期望的电源电流。
2 并联型有源电力滤波器的统一拓扑结构
三相四线并联APF的统一拓扑结构如图2所示。统一拓扑结构的直流电容分为四个。变换器的A、B、C三个桥臂连接到直流端就象常规的三相电压源交换器，N桥臂连接到直流电容器的J点和K点，J点和K点之间的两个电容器有相同的电容值Cb，直流端的另外两个电容器有相同的电容值Ca。
参数m定义如下：
其中0≤m≤1。如果Ca》Cb，即m=l，此时的拓扑结构就变成四桥臂的三相四线变换器，如果Cb》Ca，即m=0，此时的拓扑结构就变成三桥臂中分变换器。
因差模电感器此，三桥臂中分电容拓扑和四桥臂中分拓扑都是所提到的统一拓扑结构的一个特例。两种拓扑结构差别的实质就是电容比值不同。
3 谐波和无功电流的实时检测方法一瞬时无功功率法
采用一种改进的ip—iq运算方式，如图3所示。这种运算方式对电网电压畸变不敏感。
图中C、C32、C23分别由式(2)、式(3)、式(4)表示：
根据上面的定义可以计算出ip、iq。经低通滤波器得到ip、iq的直流分量ip、iq。这里ip、iq是由iaf、icf产生的，因此，ip、iq可以计算出三相电流的基波分量，进而计算出谐波分量iab、iah、iah。
4 a-b-c坐标系下的电流滞环控制策略
1)中端电流补偿
采用三相四线并联APF的统一拓扑结构时，N桥臂的控制方案如式(5)所示．消费性掌上型产品之电源管理需求消费性产品，特别是掌上型装置近来就和许多其它装置一样，在复杂度上有大幅度的提高，像是关闭单槽式电池便需大量的电压等级，或是当电池充电时需要壁充型充电器。在这些装备上的电源供应必须将单一电压等级转换成提
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