1、工業(gngy)電力系統的單周期控制有源濾波(lb)技術Matlab / Simulink的方法(fngf)摘要：本文設想在一個周期的仿真控制（OCC）的并聯型有源電力濾波器（APF）用于補償諧波產生的工業電力系統的非線性負載，如控制的并聯型有源電力濾波器對諧波含量降低的一個更好的解決方案。模擬不同的負載進行非線性類型使用MATLAB / Simulink軟件。OCC的并聯型有源電力濾波器補償諧波電流允許，功，不平衡負載，和零序電流，呈現良好的動態和穩態性能，因為它可以觀察到的仿真結果。仿真結果也證明減少%的THD使用基于單周期控制的并聯型有源電力濾波器。1.介紹當今社會，由于能源市場的自由化

2、，電力系統變得越來更加一體化和相互依賴。因此，設備的電能質量會對整個電力系統的性能重要的影響。 工業電力系統的特點往往是作為功和顯著的大用戶因為大多數發電機的諧波負載一般由感應電動機和靜態功率變換器組成。有一個嚴重的功率因數在工業電力系統的諧波問題非線性負載。有利的低功率電子技術，如靜態補償和有源濾波可以用來提高功率在現有的功率因數和減輕諧波系統和新的設計。并聯型有源電力濾波器（APF）是一種裝置是在一個非線性負載并聯連接作為圖1所示。有源電力濾波器諧波反應和取消由負載引起的電流使電源電流正弦。有源電力濾波器起著至關重要的作用在當今開放的能源市場。活躍的電力濾波器用于執行不同的探討功率調節功能

3、的同時與諧波消除由于增加非線性和不平衡負載。圖1.并聯有源電力濾波器拓撲結構大的單源的設備如電弧爐，可調速驅動器，導致大多數這些問題。這些負載繪制非正弦電流不平衡從電源，造成諧波注入，功的負擔，過多的中性點電流和交流電源的負載不平衡。進一步造成低功率因數，效率低，中性導體爆裂，并與附近的通信相互干擾，因此嚴重的電能質量問題的造成所謂的“電氣污染”。這迫使補償特性需要提升以滿足更嚴格的諧波標準。大多數的重要的國際標準定義下的權力質量的電物理特性供應提供了正常操作條件確保不破壞或干擾顧客的操作。由于這種脆弱性，增加工業和商業設施的數量試圖通過投資更多的保護自己先進的設備，提高供電質量。兩種方法可以

4、有效地解決質量問題。第一種方法稱為負載空調，以確保設備減少對電源干擾的敏感性，允許操作在顯著的電壓失真下進行。其他的解決辦法是安裝(nzhung)空調管路系統抑制或抵消電力系統擾動。電源(dinyun)質量（PQ）是電力系統的一個重要(zhngyo)指標。長期PQ的手段意味著保持純粹的正弦電流波形與一個純粹的正弦電壓波形。電源在發電站產生的是純粹的正弦在本質上。電力質量惡化的是主要原因是由于電流電壓諧波以靜電力電子技術廣泛的應用變換，零和負序分量由單相的使用和不平衡負載，功，電壓驟降，電壓驟升，閃變，電壓中斷等。為了解決工業電源的電能質量問題系統，過去二十年以來，研究和開發專家研究出一種解決方

5、案，以電力電子技術為基礎，叫做“有源濾波”。一個活躍的有源電力濾波器（APF）基本上提供了一個動態的和減少/消除諧波調解在電源和功率。有源電力濾波器已被證明是一個重要的選擇對于補償電流和電壓擾動配電系統。通常，一個有源電力濾波器在一個非線性負載并聯連接，它產生抗諧波取消這些所產生的負載 2 。單周期控制（OCC）有源電力濾波器是基于定頻積分控制 3 。這方法采用一個積分器作為磁芯復位組件。它控制的交流直流脈沖寬度轉換器，從而得出當前正相反功及諧波電流引起的非線性負載。與所有先前提出的方法相比，無需產生電流用于控制轉換器。這消除了對于交流電壓的需要，APF電流和非線性負載電流 16 。只有一個電

6、流傳感器和電壓傳感器（電阻分壓器）用于感測主交流電流和直流電容器兩端的電壓。它提供了一個低成本，高性能的解決方案，為電能質量控制。單周期控制（OCC）技術 3 建立了大信號非線性PWM方案，這種方案具有電路簡單，高性能和通用應用程序的特點。OCC已成功實現在電力電子技術的許多分支對直流/直流轉換器，放大器，直流/交流在單相PFC和APF和三三相電路。OCC控制器通常使用復位，力控制變量為滿足控制目標，在每個開關周期。它具有快速響應和高精度。一個三相位矢量操作首次在文獻 4 報道。2.有源濾波技術有源電力濾波器在過去的三幾十年中被設計，改進和商業化。它們適用于補償電流基于扭曲如電流諧波，反應功率

7、，和中性線電流。它們也可用于基于電壓的失真補償電壓等諧波，電壓閃變，電壓驟降和驟升，電壓不平衡 6 。有源電力濾波器分為兩個主要群體即單相和三相。三相有源電力濾波器可以帶或不帶中性線連接。單相有源電力濾波器用于補償電能質量通過單相負載，如直流引起的問題電源 16 。三相有功功率過濾器用于大功率非線性負載如可調速驅動器，電弧爐和直流/交流轉換器。有源電力(dinl)濾波器是基于PWM轉換器 7 。它們被連接到低、中低壓配電系統并聯或串聯。系列有源電力濾波器必須與操作并聯無源濾波器以補償負載諧波電流。并聯型有源電力濾波器的工作作為一個可控電流源的串聯型有源電力濾波器作為一個可控電壓源。兩計劃(jh

8、u)的實施，最好用電壓PWM逆變器，具有反應性的直流母線(mxin)元件，如電容器。有源電力濾波器可以提高一個或多個要求補償電力系統的功能并提高供電質量。有源電力濾波器的性能取決于額定功率和響應速度。有源電力濾波器改善電能質量的類型選擇取決于問題的類型。項目：“誰負責的目的安裝有源濾波器”被歸納為以下兩組：有源濾波器安裝由個人客戶他們自己的房屋附近的一個或多個識別諧波產生負載。有源濾波器安裝的電力事業在變電站或配電饋線。主要目的的有源濾波器安裝個人消費者是補償電流諧波和/或電流的不平衡諧波產生負載。另一方面有源濾波器的安裝的主要目的在不久的將來事業是補償電壓不平衡，或提供諧波的阻尼在配電系統。

9、此外，有源濾波器在權力的公共耦合點實用消費者諧波隔離功能分配系統。有兩種類型的用于電源電路有源電力濾波器，電壓饋源或電壓源逆變器（VSI）和一個電流或電流源逆變器（CSI）。這是類似于用于交流電源電路電機驅動器。然而，他們是不同的行為由于APF作為非正弦電流源或電壓源。VSI通常是首選CSI由于較高的效率和較低的成本。一個這樣的逆變器并聯結構如圖2所示。用于有源電力濾波器實現逆變器作為一個電流控制電壓源。傳統上，兩個水平PWM-VSI已被用于實現有源電力濾波器5。然而，在過去的幾年中的多級VSIPWM逆變器提出了發展的有效性中等電壓的應用。同時，APF多逆變器并聯實現在一系列的直流母線通過一個

10、變壓器或級聯，在技術文獻中已提出的7 9。3.單周期控制的拓撲結構這個性能仿真技術是參考來自加州理工大學APF的梅德萊博士參考 3，8 ，用于單相和三相的分別。該控制方案具有以下特點：電源電流是感應，這是APF提供的負載電流和電流的總和。空載電流檢測的非平凡的任務計算諧波和功組件被淘汰。無乘法器用于控制回路。該控制器由一個積分器復位和幾個邏輯和線性比較器，加法器等開關頻率恒定。不需要鎖相環。這是一個簡單的，可靠的和成本有效的技術單周期控制用于功率因數校正在一個低功率諧波補償隨著非線性負荷 4 的分銷網絡。它同時使用電流反饋。工作周期調制在一個比較的基礎上進行集成的直流環節電壓誤差信號和一個信號

11、式的成比例的的源電流。恒定的通過通過開關頻率該控制器脈沖復位信號進行維持。A.單循環控制(kngzh)理論單循環控制按鈕的原理框圖已在圖3中標出。該單循環控制按鈕采用了帶復位積分器的積分電路作為核心來控制脈沖(michng)寬度，并且進一步控制S開關。圖3.單周期控制(kngzh)開關如果開關頻率被假設為fs=(fs=1/Ts)，并且由時鐘發生器的頻率和帶有重置按鈕的單積分電路的參數所控制，由此我們可得10公式v0 (t) = S (t).vi (t) . (3.1)S(t)是開關函數，并且可以表達為：公式圖4開關(kigun)功能如果fs的頻率比vi(t)的頻率要大，那么(n me)vi(t

12、）就被認為在Ts中是常數。所以輸出v0(t)的平均值可以被寫作：. 如果(rgu)Vref是參考基準信號的理想輸出值，可以控制占空率來使v0的積分和vref的積分值在一個Ts周期中嚴格保持一致如果參考信號Vref(t)比單循環控制開關的頻率低很多，那么參考電壓Vref(t)可以被認為是一個常數，結合公式3.3和3.4我們可得：結合公式3.3,3.4,3.5可得：如果參考信號比單循環控制開關的頻率低很多，可以控制占空率來使v0(t）的積分和vref的積分值在一個Ts周期中嚴格保持一致。這是單循環控制的原理。占空率被單循環控制中的參數所決定(judng)。肯定的說，占空率是由全過程的時間所決定的，

13、它可以被表達為：所以單循環控制(kngzh)按鈕有一個復位積分器來作為核心來控制脈沖寬度。復位積分器的作用就是來控制占空率的。圖5.單周期(zhuq)控制的有源電力濾波器該方案的優勢在于基于constant switching-frequency modulation，使用integrator with reset。僅需檢測輸入源電流而不需要檢測三相負載電流無需檢測三相線電壓僅需要簡單的計算就可得到所需數據，而不需要使用方程解算器使用通用原件即可得出簡單明了的類比解決方案，從而大大節省開支和原件計數三相與單相系統均適用4.模擬實驗結果模擬實驗數據結果是通過Matlab Simulink Sim

14、 Power System Toolbox得出的，如Fig7所示，該結構為three phase power system with a shunt APF。three phase load with APF 由恒頻技術控制，源電流、源電壓如Fig8所示，Fig9列出了源電流的諧波分析，Fig10列出了實際中性電流和補償中性電流。Fig11記錄了三相APF的DC電容電壓。在該模擬實驗結果中，動力系統污染負荷可分為以下幾個類別：1）線性三相(sn xin)不平衡負載：包含三個R-L load連接(linji)star Ra=15 Rb=5 Rc=3 and La=Lb=Lc=14mH 2）非線性

15、不平衡負載：包含(bohn)三個單相二極管整流器連接不同的phrases，導致不同的R-L負載，在DC端Ra=15 , Rb=5 , Rc=3 and La=Lb=Lc=14mH. 非線性平衡三相負載，它包含了三相晶體管控制的整流器，附帶R-L負載，.(這里完全看不懂）最初理想電源會擁有不使用有源電力濾波器的27.6%的總諧波失真。有源電力濾波器的完整模型已經被植入進MTALAB軟件數據包中，基于OCC的APF在平衡相中補償諧波和反應力。如果需要的話，源電流中的高頻諧波可以被小過濾器輕松的過濾掉。同時，中性線電流也會被有效補償。可以看出，OCC方案提供了出色的動態響應。為APF服務的直流母線電

16、容電壓在最初短暫的時間里幾乎保持了恒定。因此，該方案提供了所需 穩定情況和瞬間變化情況性能下的條件。從模擬結果發現， 單周期控制（OCC）可以使用來以經濟的方式實現簡單的模擬電路。該單周期控制的成本（OCC）方案甚至可以用來減少通過減少開關在單數和三相系統來降低成本。此外APF是一般工作在約10 kHz的開關來達到良好的性能。通常使用的開關是MOSFET和IGBT。計算機仿真驗證了 該控制方案（OCC）的有效性。 仿真結果證明以下目標已成功實現：降低電源電流諧波 （減少10THD）。 負載不平衡的補償和過度中性線電流。 APF的下動態和穩態操作的良好表現。 有效能力過濾器的多功能（無功補償，諧

17、波和零線電流消除） 圖6.三相OCC基于APF的Matlab / Simulink的模型與工業電力系統(din l x tn)的負荷 圖7.工業(gngy)電源三相電流源 與APF系統(xtng)圖8.工業電源(dinyun)三相電壓源 與APF系統圖9.工業動力系統三相電流源的諧波分析圖10.中性線電流(dinli)與APF圖11三相(sn xin)APF的直流電容電壓 圖12. OCC的APF基于工業電源(dinyun)系統提到的開路特性基于有源電力濾波器的安裝對于(duy)電力系統在非線性過載的操作在圖12中有示范。 到的開路特性基于有源電力濾波器可以有效的滿足ieee 519在和鉉層次

18、上所有非實際電壓情況。源電流在總諧波失真補足夠是1.37%。 ieee-519的提議是：提到的方法有很好的協和限制。5.總結(zngji)本文基于單周期控制的有源電力濾波器已經呈現。該方案的主要優點是在中壓和高壓電力系統的直線前進的應用。該控制系統的設計和仿真通過MATLAB / SIMULINK。補償電流諧波，無功功率和非線性負載的由有源電力濾波器并聯運行電流不平衡已探索在本文中。仿真結果表明的有效性并提出有源電力濾波器的有效性諧波電流，無功功率和電流不平衡補償。作者想要感謝Shobha Rani, HOD教授，工程與管理Vardhaman學院，校長，工程Vardhaman學院的工作人員的支

19、持和我們的主給我們力量和智慧完成這篇論文參考文獻1。弘文赤城， “新趨勢有源濾波器的功率調節” ， IEEE跨。在工業應用，第32 ，第6號，第1312至1322年， 1996年11月/ 12月。2。 WM格雷迪， MJ Samotyj ， AH Noyola ， “有源電網調節方法論的調查” ， IEEE跨。電力系統自動化，第5 ， pp.1536 -1542 ， 1990年7月3。 K.史沫特萊，屬周和C巧， “有源電力濾波器，穩態和動態統一恒頻積分控制”，碩士論文。電力電子，第一卷。 16 ，頁428-436 ， 2001年5月。4。三巧， T.金，和K史沫特萊，三相有源電力濾波器與矢量

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