混合有源電力濾波器的仿真研究

1 引言
電力電子產品廣泛應用于工業(yè)控制領域，并且用戶對電能質量要求越來越高，其中最為突出的是電壓質量和諧波問題。因此，如何提高電壓質量、治理諧波就成為輸配電技術中最為迫切的問題之一。低成本的無源濾波器PF(Passive Filter)是目前普遍采用的補償方法，但其濾波效果與系統(tǒng)運行參數(shù)密切相關，在特定情況下無源濾波器還可能與系統(tǒng)發(fā)生諧振。80年代以來，利用功率開關的有源電力濾波器APF(Active Power Filter)的研究越來越引起人們關注。APF是一種用于動態(tài)諧波抑制、無功補償?shù)男滦碗娏﹄娮友b置，但是由于電源電壓直接加在逆變橋上，其對開關器件電壓等級要求較高；當負載諧波電流大時，有源濾波裝置的容量也相應較大；對于高于有源濾波器開關頻率的諧波也無法通過有源濾波器濾除，因此同時具有較大的補償容量和較寬的補償頻帶較為困難。
將APF與PF相結合，合理分擔補償需求，可使APF容量減小。混合型補償方案的基本原理就是將常規(guī)型APF上承受的基波電壓移去，使有源裝置只承受諧波電壓，從而可顯著降低有源裝置的容量，充分發(fā)揮PF的高耐壓、大容量、易實現(xiàn)等特點以及APF所具有的寬諧波抑制范圍和自動跟蹤等優(yōu)勢。

2 無源濾波器
用于諧波治理的傳統(tǒng)方式為并聯(lián)無源LC濾波器，選定R、L、C的參數(shù)，使濾波網(wǎng)絡在一定的諧波信號頻率處產生諧振，從而達到抑制諧波的目的。無源濾波器主要可以分為兩大類：調諧濾波器和高通濾波器。調諧濾波器實際應用較多的是單調諧濾波器，它是利用電感、電容的串聯(lián)諧振原理構成的。

3 有源濾波器
有源濾波器的基本原理是從補償對象中檢測出諧波電流，由補償裝置產生一個與該諧波電流大小相等而極性相反的補償電流，從而使電網(wǎng)中只含有基波分量，達到實時補償電流的目的。如果要求有源濾波器在補償諧波的同時，還補償負載的無功，則只要在補償電流的指令信號中增加與負載電流無功分量反極性的成分即可。這種濾波器可對頻率和大小都隨時間變化的諧波以及變化的無功功率進行迅速動態(tài)跟蹤補償。
(1)諧波檢測諧波的測量方法包括采用模擬帶通(或帶阻)濾波器、基于傅里葉變換的諧波檢測分析、基于瞬時無功功率的諧波檢測等。在諧波和無功電流的實時檢測中運用最多的是基于瞬時無功功率的諧波檢測方法。這里采用以瞬時無功理論為基礎的p-q運算法來實時檢測諧波。p-g運算法的原理框圖如圖1所示。

圖1中，C23=C32T，該方法將三相電路各相電壓和電流的瞬時值變換到α-β兩相正交的坐標系上，根據(jù)定義算出瞬時實功率p、瞬時虛功率q，經(jīng)低通濾波器LPF得p、q的直流分量。電網(wǎng)電壓波形無畸變時，p為基波有功電流與電壓作用所產生，q為基波無功電流與電壓作用所產生。于是，由p、q即可計算出被檢測電流ia、ib、ic的基波分量iaf、ibf、icf。將iaf、ibf、icf與ia、ib、ic相減，即可得出諧波分量iah、ibh、 ich。