三相三线制并联有源电力滤波器仿真分析

0.引言

20世纪80年代以来，随着电力电子技术的发展，非线性电力电子器件和装置在现代工业中得到广泛应用，使电力系统的非线性负荷明显增加，导致谐波危害日益严重，谐波治理刻不容缓[1-3]。电力系统谐波抑制措施主要有三种[4]:

受端治理:即从受到谐波影响的设备或系统出发,提高它们抗谐波干扰能力。

主动治理:即从谐波源本身出发,使谐波源不产生谐波或降低谐波源产生的谐波。

被动治理：即外加滤波器,阻碍谐波源产生的谐波注入电网,或者阻碍电力系统的谐波流入负载端。

被动治理谐波的措施：

1.采用无源滤波器PPF(Passive Power Filter,PPF,PF)或称为LC滤波器。LC滤波器[1-6]由电容元件、电感元件和电阻元件按照一定参数配置一定的拓扑结构连接而成的滤波装置。LC滤波器是出现最早[6]，虽然存在一些较难克服的缺点[1-6]，但因其结构简单、设备投资少、运行可靠性较高、运行费用较低等优点，因此至今仍是应用最多的滤波方法[1-6]。

2.采用有源电力滤波器APF(Active Power Filter)。有源电力滤波器是一种用于动态抑制谐波的新型电力电子装置，它以有对于大小和频率都变化的谐波进行补偿，其应用可克服LC滤波器等传统谐波抑制方法缺点。随着电力电子技术水平的发展，有源滤波技术得到极大发展，在工业上已经进入实用阶段。

有源电力滤波器APF(Active Power Filter)是一种用于动态抑制谐波的新型电力电子装置，它以有对于大小和频率都变化的谐波进行补偿[4、5]。

1.有源电力滤波器基本原理

有源电力滤波器(Active Power Filter,APF)是一类重要的电力电子在电力系统中应用的装置，能对频率和幅值都变化的谐波进行动态跟踪补偿，且补偿特性不受系统阻抗的影响。和传统的无源电力滤波器相比，是一种很有前途的消除或抑制负载或电网谐波手段。

图1为最基本的有源电力滤波器系统构成的原理图[4、5]。

图1 并联型有源电力滤波器系统构成

系统主要有两大部分组成[5]，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、和主电路三个部分组成)。其中，指令电流运算电路的主要功能是检测出补偿对象电流中的谐波电流分量，即所谓得谐波检测电路。补偿电流发生电路的作用是根据指令电流运算电路得出的补偿电流的指令信号，产生实际的补偿电流。补偿电流与负载电流中要补偿的谐波电流相抵消，最终得到期望的电源电流。主电路目前均采用PWM变流器。

2.基于瞬时无功功率的ip-iq检测方法

有源电力滤波器谐波检测环节直接影响到谐波补偿效果，快速、准确的检测出谐波对有源电力滤波器整体性能至关重要。

基于ip-iq运算方式的谐波电流检测法是由西安交通大学王兆安教授在二十世纪九十年代提出的，该方法可以快速检测，即使当电压波形有畸变，也能准确地检测出全部谐波和无功电流。ip-iq法原理如图2所示[6]，PLL为锁相环。

图2 ip-iq检测方法原理图

图中：

3.仿真分析

本文用Matlab对三相三线制并联有源电力滤波器系统进行仿真研究。主要参数为：

电网：三相理想电压源：35KV，50Hz。

谐波检测方法：基于瞬时无功功率的ip-iq检测方法

非线性负载：阻感性载负。

图3-1补偿前系统电流波形及频谱分析

从实验结果可以看出：有源电力滤波器未投入前负载电流中含有很大谐波成分。从波形及频谱分析出电流总谐波畸变率达到27.54%。而在有源电力滤波器投入后，电流总谐波畸变率为0.56%, 对谐波起到了很好的抑制作用。

4.结论

本文研究了三相三线制并联有源电力滤波器谐波检测方法-基于瞬时无功功率理论的ip-iq谐波电流检测方法，进行了基于该谐波检测方法构建的三相三线制并联有源电力滤波器仿真分析，结果验证了检测方法的准确性及该滤波装置对谐波抑制的良好性能，具有理论及实践意义。

参考文献：

[1] 陈志业,尹华丽,李鹏.电能质量及其治理新技术[J].电网技术,2002,26(7):67-70.

[2] Dugan R C,Megranghan M F,Benty H W.Electrical power systems quality[M].New York:McGraw-Hill,1996.

[3] N.G.Hingorani,High Power Electronics Flexible AC Transmission System,IEEE,Power Engineering Review,18(7):3-4.