基于Matlab的并聯有源電力濾波器的仿真

高 鵬 貢照天

在現代的工業生產中，諧波的發生主要來源于兩大因素，一是非線性負載帶來的；另外就是使用大量的電力電子裝置產生的[1]。然而，隨著電力電子裝置的廣泛使用，后者已經成為近年來諧波發生的主要來源[2]。諧波的出現會帶來一系列的危害，如：是電網耗損增加，諧波使電能利用率下降，電網的可靠性下降，會對電網上的電氣設備進行干擾，同時也會對計算機通信系統及自動控制系統產生干擾[3]。如果想解決諧波污染問題，一般會有兩種解決的思路：一是改造電力電子裝置本身，如采用PWM整流技術、多成化技術以及功率因數校正技術等，這些主要針對電力電子裝置產生的諧波；二是使用專門的諧波補償裝置對諧波進行補償[4]。

1.并聯有源電力濾波器的工作原理

并聯型有源電力濾波器的基本工作原理是檢測補償對象（即圖1中非線性負載）的電壓與電流。

圖1 并聯型有源電力濾波器系統構成

經指令電流運算電路計算得出補償電流的指令信號，該信號經補償電流發生電路放大，得出與負載電流的諧波分量大小相等、極性相反的補償電流，兩者相抵，流入電源的電流即等于負載電流的基波分量，成為正弦波[5]。

上述原理可用以下一組公式描述：

上面的式子中：is為電源電流；iL為負載電流；ic為補償電流；iLh為負載電流的諧波分量；iLf為負載電流的基波分量。

2.MATLAB仿真模型的建立

濾波器的階數設定為二階。在這里將3/2相變換、低通濾波器 （低通濾波器的截止頻率選為30HZ）、2/3相變換的仿真模型分別搭建好后連接成在一起，其中低通截止頻率為10-30Hz,整個諧波電流檢測部分仿真模型如圖2所示。

圖2 諧波電流檢測電路仿真實現

補償電流是由主電路中直流側電容電壓與交流側電源電壓的差值作用于電感產生的，主電路的工作情況是由主電路中6組開關器件的通斷組合所決定的。主電路采用電壓型變流器，在變流器的直流側接有大電容，正常工作時，其電壓基本保持不變，可看作電壓源[6]。當負載端為三相橋式二極管整流電路，為阻感性負載供電，負載電阻R＝20Ω,負載電感L＝15mH，此時非線性負載為三相對稱的。并聯型有源電力濾波器主電路如圖3所示。

圖3 并聯型有源電力濾波器主電路仿真實現

3.仿真結果

文章對電網電流仿真中的三相對稱時的情況做了仿真分析。

3.1 補償前電網電流仿真波形與分析

在仿真電路模型中，將負載端設置為三相橋式二極管整流電路，是阻感性負載，電阻和電感分別為和，由于該負載為三相對稱，本文以相補償前電網電流的波形及其頻譜圖為例，如圖4所示。

圖4 補償前相電網電流波形及頻譜分析

在進行諧波電流補償前，A相電流的總諧波畸變率THD＝28.34%，在表1中分別列出A相負載電流中5次、7次、11次、13次、17次和19次諧波含量。

表1 補償前電網電流各次諧波電流含量

3.2 補償后電網電流仿真波形與分析

圖5為PWM開關頻率為10KHZ時，A相電網電流的波形及其頻譜圖。

圖5 補償后A相電網電流波形及頻譜分析

對諧波電流補償后，相電網電流中的總的諧波畸變率變為THD=1.23%，補償后相電網電流中各次諧波電流比未補償前的電網電流所含諧波電流有了較大的下降，如表2所示。其中A相指含電流與跟蹤電流波形比較如圖6所示。

表2 補償后電網電流各次諧波含量

圖6 A相指令電流與跟蹤電流波形的比較

4.結語

文章對并聯型有源電力濾波器補償三相對稱非線性負載進行了針對性的仿真研究，結果證明，本設計能夠很好的起到濾除諧波的效果，動態補特性突出。

［1］王兆安，楊軍，劉進軍.諧波抑制和無功功率補償[M].北京：機械工業出版社,2006.

［2］AredesMHafner J,Heumann K,Three-phase four-wire shunt activefiltercontrolstrategies[J].IEEEPOWERELECTR,1997，12(2):311-318.

［3］王慧波.基于DSP的三相四線制有源電力濾波器的研究[D].天津：天津理工大學碩士學位論文，2007.

［4］吳正國，夏立.信號變換與處理[M].武漢：武漢大學出版社，2003.202～206.

［5］董浩.電能質量監測裝置上位機管理系統的研究[D].北京：北京交通大學碩士學位論文.2011.

［6］門殿卿.電能質量監測系統和算法的研究[D].太原：太原理工大學碩士學位論文,2011.