基于malab的有源電力濾波器諧波無(wú)功補(bǔ)償研究

1高效能源技術(shù)隨著能源電子技術(shù)的快速發(fā)展，非正壓器的使用顯著增加，加劇了電網(wǎng)中的聲波污染，嚴(yán)重?fù)p害了能源質(zhì)量。有源補(bǔ)償可有效綜合解決無(wú)功、諧波以及負(fù)序等問(wèn)題,其關(guān)鍵技術(shù)是根據(jù)補(bǔ)償目標(biāo)實(shí)時(shí)檢測(cè)需要補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功、諧波電流,因此,快速準(zhǔn)確的檢測(cè)技術(shù)是有源補(bǔ)償裝置的關(guān)鍵技術(shù)之一。瞬時(shí)無(wú)功功率理論是目前成功應(yīng)用的諧波無(wú)功檢測(cè)技術(shù),在有源補(bǔ)償裝置中具有良好的應(yīng)用前景。2p-q檢測(cè)法20世紀(jì)80年代初,日本學(xué)者赤木泰文提出瞬時(shí)無(wú)功功率理論的概念,它突破了傳統(tǒng)的功率理論的限制,以電氣量的瞬時(shí)值為基礎(chǔ),引起了廣泛的關(guān)注,并成功地運(yùn)用于實(shí)際,成為當(dāng)前諧波分析的一種基本理論工具。以三相電路瞬時(shí)無(wú)功功率理論為基礎(chǔ),得出三相電路諧波與無(wú)功電流檢測(cè)的兩種方法,分別稱(chēng)之為p-q運(yùn)算方式和ip-iq運(yùn)算方式。p-q檢測(cè)法根據(jù)定義算出p、q,再經(jīng)低通濾波器(LowPowerFilter——LPF)得到p、q的直流分量ue44c和ue2e1。由于當(dāng)電網(wǎng)電壓波形無(wú)畸變時(shí),ue44c為基波有功電流與電壓作用產(chǎn)生,ue2e1為基波無(wú)功電流與電壓作用產(chǎn)生,故通過(guò)p、q的直流分量ue44c和ue2e1便可以檢測(cè)出電流ai、bi、ci的基波分量iaf、ibf、icf:最后將ia、ib、ic與iaf、ibf、icf相減,便得到ia、ib、ic的諧波分量iah、ibh、ich。對(duì)于三相三線制電路,由于p-q法直接將三相電壓送入了檢測(cè)回路,因而當(dāng)電網(wǎng)電壓波形發(fā)生畸變時(shí),不論三相電壓、電流是否對(duì)稱(chēng),p-q法的檢測(cè)結(jié)果都會(huì)有誤差。而實(shí)際電網(wǎng)中的三相電壓通常不對(duì)稱(chēng)且有畸變,對(duì)此提出改進(jìn)的ip-iq檢測(cè)法,其原理如圖2所示,ip-iq法只取sinω、-cosω參與運(yùn)算,畸變電壓的諧波成分在運(yùn)算過(guò)程中不出現(xiàn),因此檢測(cè)結(jié)果不會(huì)受電壓波形畸變的影響。3仿真結(jié)果分析下面我們對(duì)基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的諧波無(wú)功檢測(cè)p-q法和ip-iq法在電網(wǎng)電壓波形無(wú)畸變和電網(wǎng)電壓波形有畸變兩種情況下分別進(jìn)行仿真,并用Matlab/Simulink軟件中的Powerguiz模塊對(duì)其仿真結(jié)果進(jìn)行頻譜分析。為了對(duì)兩種方法的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性進(jìn)行對(duì)比分析,在仿真時(shí)采用的電網(wǎng)電壓、電網(wǎng)電流、檢測(cè)對(duì)象以及負(fù)載參數(shù)等均完全相同,限于篇幅有限,此處只給出a相諧波與無(wú)功電流檢測(cè)結(jié)果的波形情況。仿真算法采用ode23tb,仿真時(shí)間0.1s結(jié)果如下:(1)基于p-q法檢測(cè)到的基波無(wú)功分量與諧波分量之和iLad的波形及頻譜圖見(jiàn)圖3。(2)基于ip-iq法檢測(cè)到的基波無(wú)功分量與諧波分量之和iLad的波形及頻譜圖,見(jiàn)圖4。仿真結(jié)果驗(yàn)證了ip-iq法將不受電網(wǎng)電壓波形畸變的影響,用于檢測(cè)諧波與無(wú)功電流時(shí)的實(shí)時(shí)性和正確性,并將ip-iq法用于所設(shè)計(jì)的APF的指令運(yùn)算電流電路中。4控制系統(tǒng)及參數(shù)本次設(shè)計(jì)APF主要是由主電路、指令電流運(yùn)算電路、電流跟蹤控制電路及驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成。其中APF主電路是由三相并聯(lián)型的PWM變流器構(gòu)成,具體由圖3中的總電路圖中的LCFilter模塊、UniversalBridge1模塊(開(kāi)關(guān)類(lèi)型為IGBT/Diodes)以及直流側(cè)并聯(lián)的電容C構(gòu)成。指令電流運(yùn)算電路是由基于ip-iq法的諧波及無(wú)功電流的檢測(cè)電路以及直流側(cè)電壓控制電路構(gòu)成。電流跟蹤控制電路及驅(qū)動(dòng)電路是由PWMGenerator模塊構(gòu)成,主要負(fù)責(zé)產(chǎn)生觸發(fā)APF主電路的PWM信號(hào)。仿真參數(shù)設(shè)置如下:三相電壓對(duì)稱(chēng),電壓有效值(變壓器2次側(cè))為220V;系統(tǒng)負(fù)載為三相晶閘管橋式整流電路,是典型諧波源;直流電容C=10mF;逆變支路連接電阻R=0.07Ω,電抗L=0.01mH;PI參數(shù)KP=4.0,Ki=1.0,Ucf=700V;低通濾波器截至頻率為30Hz;仿真算法采用ode23tb,仿真時(shí)間0.1s。從而得到仿真結(jié)果見(jiàn)圖6~10。5對(duì)電網(wǎng)的apf補(bǔ)償效果通過(guò)對(duì)從以上的仿真結(jié)果進(jìn)行綜合分析,可得出以下結(jié)論:(1)直流側(cè)電容電壓的波形圖4顯示,經(jīng)過(guò)短時(shí)間(大約半個(gè)周波)的暫態(tài)過(guò)程中,Ucr逐步穩(wěn)定到700V附近,使得系統(tǒng)趨于穩(wěn)定狀態(tài)。(2)檢測(cè)電流和補(bǔ)償電流圖6顯示,檢測(cè)出來(lái)三相系統(tǒng)的諧波與無(wú)功電流波形i*ca、i*ab、i*bc與相對(duì)應(yīng)的實(shí)際補(bǔ)償給系統(tǒng)的諧波與無(wú)功電流ica、iab、ibc具有良好的跟隨性質(zhì)。(3)電網(wǎng)a相電壓ea與經(jīng)APF補(bǔ)償前(后)的系統(tǒng)a相電流isa(i*sa)圖7顯示,經(jīng)APF補(bǔ)償后i*sa和ea的波形基本同相位,因此可以看出APF對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)具良好的無(wú)功補(bǔ)償性。(4)經(jīng)APF補(bǔ)償前后三相系統(tǒng)電流(si與si*)的波形和頻譜圖5顯示,經(jīng)APF補(bǔ)償后得到的三相系統(tǒng)電流is*基本為正弦波,補(bǔ)償效果比較理想。調(diào)用Simulink中的Poergui模塊對(duì)三相系統(tǒng)電流進(jìn)行FFT分析可知,由于負(fù)載為三相整流橋,其負(fù)載電流發(fā)生嚴(yán)重的畸變,其中5次、7次、11次諧波含量都非常大。但經(jīng)APF補(bǔ)償后,可以明顯發(fā)現(xiàn)a相電流波形畸變率THD由28.43%降至2.33%,b相電流波形畸變率THD由28.58%降至2.47%,c相電流波形畸變率THD由28.40%降至2.46%;與此同時(shí)電流中的各次諧波(特別是5次、7次