第 3 卷第 4 期 南 阳 理 工 学 院 学 报 Vol． 3 No. 4 2 0 1 1 年 7 月 JOURNAL OF NANYANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY Jul． 作者简介: 李定珍( 1972 － ) ，女，硕士生，副教授，主要研究方向: 智能仪器测试及自动控制。E-mail: lidingzhen． student@ sina． com 基于 MATLAB 的有源电力滤波器研究 李定珍 ( 南阳理工学院 河南 南阳 473004) 摘 要: 采用电流滞环跟踪控制方法，设计三相并联型有源电力滤波器，控制其产生预期的补偿电流。应用 MAT-LAB 的电力系统模块对整个有源电力滤波器进行仿真研究，能够实时、准确地检测电网中瞬态变化的谐波与无功电流，实现精确补偿，使电网电流得到改善。通过对电网电流、负载电流和有源滤波器的输出电流进行 FFT 分析，结果表明有源滤波器达到了预期的电流补偿效果，有效地抑制了电网谐波，显著改善了与电网连接处的电能质量。 关键词: 有源电力滤波器; 谐波与无功电流检测; 补偿电流控制; 仿真 0 前言 大量非线性电力电子设备在现代工业中广泛应用，使得电网中电压和电流的波形畸变越来越严重，并产生了大量的谐波; 一些冲击性、波动性负载，如电弧炉、电力机车、大型轧钢机等，在运行中不仅产生大量谐波，而且还产生闪变、电压波动、三相不平衡等电能质量问题［1］。并且随着计算机、交换机、数控设备、网络设备等对电能质量敏感设备的大量运用，人们对电能质量的要求也越来越高。因此，电能质量的改善和提高已经成为专家学者研究的热点 问题。 电能质量主要用5 个指标衡量［2］: 电压偏差、频率偏差、谐波、三相电压不平衡、电压波动和闪变。本文主要研究谐波抑制问题。目前，谐波抑制的一个重要研究趋势是采用有源电力滤波器( APF) 。有源电力滤波器是一种电力电子补偿装置，其抑制原理是从补偿对象中检测出谐波电流，由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等而极性相反的补偿电流，从而使电网电流只含基波分量［3］。这种滤波器能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，且补偿特性不受电网阻抗的影响。 1 有源电力滤波器的结构及设计 1． 1 有源电力滤波器的结构原理 并联型有源电力滤波器是一种电力电子装置，其基本结构如图1 所示［4］。其中，负载为谐波源，产生谐波并消耗无功。有源电力滤波系统由两大部分组成，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 3 个部分构成) ，指令电流运算电路的核心是检测出补偿对象电流中的谐波和无功等电流分量，因此也称之为谐波和无功电流检测电路。补偿电流发生电路的作用是根据指令电流运算电路的指令信号，产生实际的补偿电流，主电路目前均采用 PWM 变流器。 图 1 并联型有源电力滤波器结构图 滤波器的基本原理是通过检测补偿对象的电流，经指令电流运算电路得到补偿对象的指令信号，该信号经补偿电流发生电路的放大，得出补偿电流，补偿电流与负载电流中要补偿的谐波及无功电流抵消，最终得到期望的电源电流。 例如: 当需要补偿负载所产生的谐波电流时，有源电力滤波器检测出补偿对象负载电流 iL 的谐波分量 iLh，将其反极性后作为补偿电流的指令信号ic0，由补偿电流发生电路产生的补偿电流 ic，i c 与负载电流中的谐波分量 iLh大小相等、方向相反，因而两者互相抵消，使电源电流 is 中只含基波，不含谐波，从而达到了抑制电源电流中谐波的目的。上述原理可用如下一组公式描述: is = i
