三相有源电力滤波器matlab仿真电路要点计划

1、能力拓展训练任务书学生姓名：专业班级：电气指导教师：胡红明工作单位：自动化学院题目:三相有源电力滤波器的仿真电路初始条件：VS1-VS3为标准三相正旋电压源，相电压有效值为220V。要求达成的主要任务:1）设计出主电路拓扑构造和控制系统原理图；2）采纳MATLAB搭建系统仿真电路，对仿真结果进行剖析：a赔偿后输入电压与输入电流波形b非线性负载输入电压与输入电流波形c三相APF输入电压与输入电流波形时间安排：2012年7月9日至2012年7月13日，历时一周，详细进度安排见下表详细时间设计内容7.9指导老师就课程设计内容、设计要求、进度安排、评分标准等做详细介绍；学生确立选题，明确设计要求7.1

2、0开始查阅资料，达成方案的初步设计7.11由指导老师审查系统构造图，学生改正、完美7.12撰写课程设计说明书7.13上交课程设计说明书，并进行辩论参照文件：洪乃刚.电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真.北京：机械工业第一版社，2006指导教师署名：年代日武汉理工大学能力拓展训练说明书目录纲要11有源滤波器介绍21.1有源滤波器基来源理21.2有源滤波器的长处21.3有源电力滤波器的分类31.4有源滤波器的重点技术42有源电力滤波器的控制策略42.1滞环比较控制42.2三角波比较方式53有源电力滤波器的主电路设计63.1直流侧电容量的选择63.2直流侧电压的选择84MATLAB仿真114

3、.1仿真模型图114.2仿真结果图12参照资料151武汉理工大学能力拓展训练说明书纲要有源电力滤波器是目前对电网中谐波污染赔偿或抵消的有效手段,文中对有源电力滤波系统的工作原理进行了理论研究和剖析。MATLAB/SIMULINK供给的SimPower工具箱基本涵盖了电力系统建模和仿真的各个方面。该文利用SimPower工具箱对有源电力滤波器装置进行了建模和仿真，使用该方法能够将有源电力滤波器的工作过程及相关波形正确直观地显示出来,考证了理论剖析的正确性。重点词：有源电力滤波器谐波仿真2武汉理工大学能力拓展训练说明书三相有源电力滤波器的仿真电路有源滤波器介绍1.1有源滤波器基来源理有源电力滤波器

4、是一种用于动向克制谐波、赔偿无功的新式电力电子装置,它能对大小和频次都变化的谐波以及变化的无功进行赔偿，其应用可战胜IC滤波器等传统的谐波克制和无功赔偿方法的弊端。电力滤波器的系统构成的构成原理图以下：图1-1有源电力滤波器系统构成原理图图中负载为谐波源，它产生谐波并耗费无功。有源电力滤波器系统由两大多数构成，即指令电流运算电路和赔偿电流发生电路(由电流追踪控制电路、驱动电路和主电路三个部分构成)。此中，指令电流运算电路的核心是检测出赔偿对象电流中的谐波和无功等电流重量，所以有时也称之为谐波和无功电流检测电路。赔偿电流发生电路的作用是依据指令电流运算电路得出的赔偿电流的指令信号。1.2有源滤波

5、器的长处有源滤波器(ActivePowerFilter，APF)的基来源理是从赔偿对象中分别出谐3武汉理工大学能力拓展训练说明书波电流，由赔偿装置产生一个与该谐波电流大小相等而极性相反的赔偿电流，进而使电网电流只含基波重量。这类滤波器能对频次和幅值变化的谐波进行追踪赔偿，且赔偿特征不受电网阻抗的影响，即不存在谐振的问题。拥有以下长处：(1)拥有一机多能的特色。不单能够赔偿各次谐波，无功功率和负序电流等。(2)拥有自适应功能，能对频次和幅值发生迅速变化的谐波进行动向赔偿。(3)因为装置自己能达成输出限制，所以不会因为赔偿电流过大而过载。(4)谐波赔偿特征不受电网频次变化的影响。(5)可对多个谐波

6、源和无功源进行集中赔偿。1.3有源电力滤波器的分类从不一样的看法看，有源电力滤波器拥有不一样的分类标准，如图1-2所示，分别介绍以下：(1)依据主电路的储能元件不一样，能够分为电压型有源电力滤波器和电流型有源电力滤波器两种。电压型APF的主电路直流侧接有大电容，正常工作时其电压基本保持不变。电流型APF的主电路直流侧接有大电感，正常工作时期电流基本保持不变。但因为电流型主电路的直流侧一直有电流流过，该电流将在电感的内阻上产生较大的消耗，所以目前较少使用。(2)依据接入电网的方式不一样，能够分为两大类：并联型有源电力滤波器和串连型有源电力滤波器。并联型APF与负载并联接入电网，主假如用于电流型负

7、载的谐波、无功和负序电流赔偿。串连型APF与负载串连接入电网，主要除去电压性谐波源对系统的影响。串连型APF中流过的是正常负载电流，消耗较大，而且串连型APF的投切、故障后的退出及各样保护也比并联型APF复杂，所以使用范围遇到很大限制。4武汉理工大学能力拓展训练说明书图1-2有源电力滤波器的分类表示图1.4有源滤波器的重点技术有源电力滤波器APF(activepowerfilter)可应用于电力系统谐波、无功电流的赔偿，并联型有源电力滤波器的基来源理是使变流器产生及时追踪指令电流的赔偿电流ic*，进而使主电流is中不含谐波和无功成分。谐波电流的检测、谐波电流的追踪赔偿控制和直流侧电容电压控制是

8、有源电力滤波器的三个主要构成部分。有源电力滤波器的控制策略2.1滞环比较控制滞环控制法是目前使用很宽泛的一种闭环电流控制方法。该方法依据给定赔偿信号与测得的谐波赔偿器输出电流的偏差来控制谐波赔偿器的开关动作。当偏差超出上、下限(由滞环环宽决定)时开关立刻动作，使实质电流一直保持在滞环带内，环绕其参照信号上下颠簸。原理图如图2.1所示。5武汉理工大学能力拓展训练说明书图2.1滞环比较控制方法如图2.2是以一相电路为例，采纳滞环比较控制方式的原理。将指令信号i*与实质赔偿信号ic的差值ic作为滞环比较器的输入，用H表示滞环比较器的环宽，当|ic|H时，滞环比较器的输出将翻转，则赔偿电流ic的方向随

9、之改变，使ic减小，保证了赔偿电流追踪指令电流的变化。图2.2电流追踪表示图该方法控制简单，动向响应快，对负载的适应能力强，拥有内在的限制能力。但系统的开关频次、响应速度及电流的追踪精度会遇到滞环环宽影响。带宽固准时，开关频次会跟着赔偿电流变化而变化，进而惹起较大的开关噪声。减小环宽可提升电流追踪性能，但功率器件开关频次提升，惹起消耗增添，反之则电流追踪性能变差。2.2三角波比较方式三角波比较方式的原理如图2.3所示，将指令信号ic与实质赔偿信号i*的差值ic经过比率调理器作为调制波，三角波为载波，比较后获得工IGBT开通时间.6武汉理工大学能力拓展训练说明书图2.3三角波比较方式原理图这类控

10、制方式与滞环比较控制拥有以下特色:硬件较为复杂;跟从偏差较大;含有与三角波载波同样频次的谐波;放大器的增益有限;器件的开关频次固定，且等于三角波载电流响应比刹时价比较方式的慢。有源电力滤波器的主电路设计3.1直流侧电容量的选择为了保证有源电力滤波器正常工作，直流侧电压作为赔偿器的直流电源一定保持恒定。但有源电力滤波器在实质运转时，很难将主电路直流侧电压控制在一个恒定值，直流侧电压随赔偿电流和赔偿器工作模式的改变而改变，在同意的给定范围内颠簸。直流侧电压的颠簸主要来自于APF赔偿电流中的谐涉及无功电流造成的能量脉动、开关消耗以及沟通侧滤波电感储能惹起的能量脉动，此中特别以谐波电流造成的能量脉动所

11、惹起的直流侧电压颠簸最为显然。为了减小直流侧电压颠簸，直流侧电容一定有必定的容量要求。当直流侧电压一准时，电容值越小，则直流侧电压颠簸越大，影响有源电力滤波器的赔偿成效;电容值越大，则直流侧电压颠簸越小，可是电容体积和造价都会增添。所以，需要综合考虑双方面要素，在直流侧电压颠簸知足要求下进行电容值的选用。设直流侧电压Udc的最大同意颠簸电压为Udcmax定义电压颠簸率为:Udcmax(3一1)Udc则直流母线电压最大值和最小值为:Udcmax(1)Udc(3一2)Udcmin(1)Udc(3一3)关于非线性负载来说，其谐波和无功电流所产生的刹时功率不为零，但一个7武汉理工大学能力拓展训练说明书

12、周期的均匀值为零。当有源电力滤波器对谐波和无功电流进行赔偿时，有源电力滤波器和负载之间有能量互换，需要直流侧电容供给能量互换缓冲。假如忽视有源电力滤波器系统存在消耗，这一缓冲电容不过周期性地汲取和开释能量，不需要电源供给能量。而当谐波和无功电流获得赔偿时，电源只向负载供给有功电流，即供给负载耗费的能量，而不再和负载互换能量。有源电力滤波器、电源及负载之间的能量互换如图4.1所示:图3.1有源滤波器、负载和电源之间的能量互换为了简化剖析，特作以下假定:(1)考虑能量均衡关系时，不考虑滤波电感中的储能;(2)稳态时，直流侧电压颠簸幅值与直流侧电压值对比特别小;(3)APF自己消耗忽视不计。设有源电

13、力滤波器沟通侧的刹时功率为Pc(t):Pc(t)uca(t)ica(t)ucb(t)icb(t)ucc(t)icc(t)(3一4)上式中，uc(t)、ic(t)分别为有源电力滤波器沟通侧的三相电压、电流刹时价。直流侧电容的刹时功率为Pdc(t):dudc(t)一5)Pdc(t)udc(t)idc(t)udc(t)C(3dt上式中，udc(t)、idc(t)分别为直流侧电压、电流刹时价。忽视谐波赔偿器的开关消耗，则有Pc(t)Pdc(t)(3一6)将式带入上式:udc(t)dudc(t)(3一7)CPc(t)dt由上式两边积分得:8武汉理工大学能力拓展训练说明书C1tTPc(t)udc(tT)t

14、dtudc(t)udc(t)1tTPc(t)tudc(t)Udcmax(4一8)1tTPc(t)tdtUdcmaxUdcmax1tT(1)U2Pc(t)dtdct上式右侧的积分项就是有源电力滤波器的赔偿容量。假定有源电力滤波器的赔偿容量Sc，则由式可得:CminScT(3一9)U2(1dc所以,确立了装置的赔偿容量和同意的直流侧电压颠簸以后，便可依据式(3一9)确立电容的容量。需要注意的是，所计算出的电容量是在理想条件下获得的，实际选用电容的容量时一定留有必定裕度。3.2直流侧电压的选择用理想开关取代实质开关器件，忽视系统的阻抗，可得并联型APF等值电路，如图4.2所示。图3.2并联型APF等

15、值电路假定e为系统电压，直流侧电容电压为Udc，此中电压都以系统中性点o为参照点，则图3.2中三相电路刹时价方程为:Ldica/dtua（Ricaea)Ldicb/dtub（Rcbeb)(3-10)Ldicc/dtuc（Riccec)引入开关函数Sa、Sb、Sc，定义为:9武汉理工大学能力拓展训练说明书Sk上桥臂导通，下桥臂关断1(3-11)Sk上桥臂关断，下桥臂导通（k）0a,b,c相应APF沟通侧相电压为:uauaNuN0SaUdcuN0ububNuN0SbUdcuN0(3-12)ucucNuN0ScUdcuN0不计零轴重量，则有:eaebec0(3-13)iaibic0由式(4-10)、

16、(4-11)、(4-12)得:uN0Udc(SaSbSc)(3-14)3把(4-14)带入式(4-12)，则APF沟通侧相电压:ua(2SaSbSc)Uub(2SbScSa)Uuc(2ScSaSb)Udcdcdc/3/3(3-15)/3将(4-15)代入(4-10)，忽视APF沟通侧电阻影响，得:Ldica/dt(2SaSbSc)Udc/3eaLdicb/dt(2SbScSa)Udc/3eb(3-16)Ldicc/dt(2ScSaSb)Udc/3ecAPF主电路开关器件的开通与关断，是由采样时刻的指令电流Ic*与实质赔偿电流ic作差获得的Ic。的极性决定的。以a相为例，当IcaO时，即a相的实

17、质赔偿电流小于指令电流时，主电路a相上桥臂导通，下桥臂关断;反之，当Ica0、Icbo和IccO，此时需要增大a相和b相电流同时减小c相电流，对应开关状态为a相和b相上桥臂导通、下桥臂关断，c相上桥臂关断、下桥臂导通。将Sabc=110代入(4-16)得:Ldica/dtUdc/3eaLdicb/dtUdc/3eb(3-17)Ldicc/dt2Udc/3ec为了控制电流变化，需要使Ica、Ice增大同时使Icc减小，此时应知足:Ldica/dt0Ldicb/dt0(3-18)Ldicc/dt0由式(3-17)和(3-18)得:10武汉理工大学能力拓展训练说明书Udc3eaUdc3eb(3-19

18、)Udc3ec/2假如要追踪电流的变化，就要在一个开关周期中知足式(3-19)中的限制条件，考虑到最严重状况有:Udc3Em(3-20)上式中，Em为沟通侧电源相电压峰值，为了实现对电流变化的追踪，直流侧电压一定大于沟通侧电源相电压的3倍，不然将出现赔偿电流不按控制要求变化的状况。关于其余的开关组合状况，也可获得同样结论。11武汉理工大学能力拓展训练说明书4MATLAB仿真4.1仿真模型图4-1仿真模型12武汉理工大学能力拓展训练说明书4.2仿真结果图4-2赔偿后输入电压与输入电流波形4-2非线性负载输入电压与输入电流波形13武汉理工大学能力拓展训练说明书4-3三相APF输入电压与输入电流波形14武汉理工大学能力拓展训练说