基于瞬时无功功率理论的APF仿真设计

摘要： 基于瞬时无功功率的谐波和无功电流检测方法的研究，提出了ip-ip检测方法，并对有源电力滤波器（APF）设计原理进行了介绍。利用SIMULINK对APF进行了系统仿真并给出了设计流程及其结果分析，有源滤波器的系统仿真将对实物制作起到很大的推动作用。

Abstract： Based on instantaneous reactive power， harmonic and reactive current detection method research， ip-ip detection method is proposed， and the design principle of active power filter （APF） are introduced. Using the SIMULINK simulation of APF system is introduced and the design process and its results analysis， active filter system simulation will play a large role of physical production.

关键词： 瞬时无功功率理论；APF；SIMULINK仿真

Key words： instantaneous reactive power；APF；SIMULINK simulation

中图分类号：TM743 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）26-0032-02

0 引言

随着电力电子装置的日益广泛使用，其本身所具有的非线性导致了电网中携带大量的谐波，这些谐波给整个电网和用电设备造成了严重的危害。

目前，抑制谐波的一个主要研究趋势就是采用有源电力滤波器（APF），APF系统是一个非线性、强耦合的控制系统，对它进行理论分析有一定难度，但可以做相应的仿真实验，加深对有源滤波器控制规律的认识和理解。所以，在实际装置制作之前有必要对整个系统进行动态仿真。

1 瞬时无功功率理论及检测原理介绍

1.1 基于瞬时无功功率的谐波与无功电流检测方法 假设三相电路中的电压瞬时值为ua、ub、uc，其电流瞬时值为ia、ib、ic。对它们进行C32变换，经变换可以得到

■=C32■（1）

■=C32■（2）

式中：C32=■■

定义瞬时有功功率为p，瞬时无功功率为q，则

■=■■（3）

经过低通滤波器可以得到p，q的直流分量，当电网电压没有畸变时，p是由基波有功电流和电压作用产生，q是由基波无功电流和电压作用产生。则

■=■■（4）

由p，q即可计算出被检测电流的基波分量iaf，ibf，icf为

■=C23■=C23■■■（5）

若将iaf，ibf，icf与ia，ib，ic相减，即可得到电流的谐波分量为iah，ibh，ich。

上述方法根据三相电路的瞬时无功功率理论，计算出瞬时有功功率p和瞬时无功功率q，经过变换后，得到三相电流谐波分量，这种方法称为p-q法。

1.2 ip-iq检测原理介绍

ip-iq检测方法中，需要用到与a相电网电压ea同相位的正弦信号sin？棕t和对应的余弦信号-cos？棕t，它们可以由锁相环（PLL）和正余弦信号发生电路得到。并根据定义可以计算出ip、iq，经过低通滤波器（LPF）得出ip、iq的直流分量ip、iq，这里 ip、iq是由iaf、ibf、icf经坐标变换得到的，进而可计算出iah、ibh、ich。

2 APF仿真模型及结果分析

2.1 ip-iq模块的设计及仿真分析

ip-iq模块原理图如图2所示，三相电流先经过C32变换、p-q变换后，经过低通滤波器（LPF）滤除高次谐波，再经过p-q反变换和C23变换得到基波分量。对ip-iq模块进行仿真。图3为三相谐波分量。三相电流分量减去经过变换得到的基波分量，剩下的就是三相谐波含量。此模块的设计达到了提取谐波分量的目的，为下一步补偿谐波分量做准备。

2.2 APF 模块的设计 APF模块设计的目的是对前面提取的三相谐波分量进行取反，进而补偿到电网中，以达到消除谐波的目的。此模块如图4所示。经过对APF模块仿真，得到取反后的其中一相谐波分量，这也就是要补充给电网中的谐波含量，如图5所示。

2.3 系统仿真 按照前面所述步骤，得到如下仿真系统，如图6所示。经过仿真得到治理前的电压电流分量和治理后的电流分量，分别如图7和8所示。

3 仿真结果分析

治理前电流波形如图7所示，含有不少毛刺儿，即存在谐波分量。治理后如图8所示电流波形。因此可以得出，有源电力滤波器对于三相不平衡负载的谐波电流起到了很好的补偿作用，在动态抑制谐波和补偿无功方面起到了很好的效果。动态仿真将对有源电力滤波器电力电子装置的研制起到很大的推动作用。

参考文献：

[1]王璐.基于DSP的有源电力滤波器研究[D].西南交通大学硕士学位论文，2003.

[2]谢少辉，杨淑英.基于瞬时无功功率理论谐波检测方法的研究[J].电力科学与工程，2010.

[3]王兆安，杨君.谐波抑制和无功补偿[M].北京：机械工业出版社，2005.