并联型三相四线制有源电力滤波器的仿真

维普资讯 http://www.cqvip.com ３４　《电气开关Ｍ２００８．Ｎｏ．１）　文章编号：１００４－－２８９Ｘ（２００８）０１一Ｏ０３４—０３　并联型三相四线制有源电力滤波器的仿真　郑龙，粟时平，吕振梅　（长沙理工大学电气与信息工程学院，湖南　长沙摘４１００７６）　要：并联型有源电力滤波器可较好地补偿电流源产生的谐波，利用ＭＡＴＬＡＢ中的电力系统仿真工具箱对其　进行建模与仿真。不同于传统的模拟滞环比较器，采用基于三维空间矢量脉宽调制（３Ｄ　ＳＶＰＷＭ）法控制补偿电　流的产生。这种新型的空间矢量脉宽调制方法被用在三相四线系统中的并联电能质量补偿设备中，用来控制一个　三桥臂逆变器，实现对电流谐波和中线电流的补偿。仿真试验结果表明，能很好地补偿非线性负载产生的谐波。　关键词：并联型有源电力滤波器；谐波；仿真；三维空间矢量脉宽调制　中图分类号：ＴＮ７１３　文献标识码：Ｂ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｈｕｎｔ　Ａｃｔｉｖｅ　Ｐｏｗｅｒ　Ｆｉｌｔｅｒ　ｉｎ　Ｔｈｒｅｅ－－ｐｈａｓｅ　Ｆ０ｕｒ—ｗｉｒｅ　Ｓｙｓｔｅｍ　ＺＨＥＮＧ　Ｌｏｎｇ，ＳＵ　Ｓｈｉ－－ｐｉｎｇ，　Ｚ＾　一　（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｐｏｗｅｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈａｎｇｓｈａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，　Ｃｈａｎｇｓｈａ，４１００７６，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｓｈｕｎｔ　ａｃｔｉｖｅ　ｐｏｗｅｒ　ｆｉｌｔｅｒ　ｃａｎ　ｂｅ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅ　ｔｈｅ　ｈａｒｍｏｎｉｃｓ　ｇｅｎｅｒａｔｅｄ　ｂｙ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｓｏｕｒｃｅ．　Ｉｎ　ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ，ｍｏｄｅｌｓ　ｏｆ　ｆｉｌｔｅｒｓ　ａｒｅ　ｂｕｉｌｔ　ａｎｄ　ｓｉｍｕｌａｔｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｈｅｌｐ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｓｙｓｔｅｍ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｔｏｏｌｂｏｘ　ｏｆ　ＭＡＴＬＡＢ．Ｉｎｓｔｅａｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ　ａｎａｌｏｇ　ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ　ｃｏｍｐａｒａｔｏｒ，ｔｈｅ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒｙ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｉｓ　ｐｒｏｄｕｃｅｄ　ｂｙ　３－－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｓｐａｃｅ　ｖｅｃｔｏｒ　ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ（３Ｄ　ＳＶＰＷＭ）ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ．Ｔｈｅ　ｎｅｗ　ｓｐａｃｅ　ｖｅｃｔｏｒ　ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｓ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｔｈｒｅｅ—ｐｈａｓｅ　ｆｏｕｒ—ｗｉｒｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　ｐａｒａｌｌｅｌ　ｐｏｗｅｒ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ．ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ａ　ｔｈｒｅｅ－－Ｂｒｉｄｇｅ　ａｒｍ　ｉｎｖｅｒｔｅｒ，ａｎｄ　ｒｅａｌｉｚｅ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｎｅｕｔｒａｌ　ｌｉｎｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ａｎｄ　ｈａｒｍｏｎｉｃ　ｃｕｒｒｅｎｔ．Ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｒｅｓｕｌｔ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ　ｈａｒｍｏｎｉｃｓ　ｇｅｎｅｒａｔｅｄ　ｂｙ　ｎｏｎｌｉｎｅａｒ　ｌｏａｄｓ　ｃａｎ　ｗｅｌｌ　ｂｅ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ　ｗｅｌｌ　ｂｙ　ｓｈｕｎｔ　ａｃｔｉｖｅ　ｐｏｗｅｒ　ｆｉｌｔｅｒ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｈｕｎｔ　ａｃｔｉｖｅ　ｐｏｗｅｒ　ｆｉｌｔｅｒ；ｈａｒｍｏｎｉｃｓ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；３－－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｓｐａｃｅ　ｖｅｃｔｏｒ　ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　１引言　随着电力电子技术的飞速发展，各种电力电子装　力系统模块等，对三相四线制有源电力滤波系统进行　了建模与仿真分析。该有源电力滤波系统由三相电压　型逆变器和并联于负载的输入电感构成。文中选用以　置在电力系统、工业、交通等应用日益广泛，加剧了对　电网的污染。这些非线性负荷引起电网波形畸变，产生　电网谐波。电网谐波对各种电气设备，继电保护、自动　装置、计算机、测量和计量仪器以及通信系统均有不利　的影响。　面对电力系统的无功及谐波问题日趋严重的状　况，传统的各种无功补偿及谐波抑制方法已难以满足　针对三相四线制系统谐波检测所提出的Ｐ—ｑ—ｒ　法［１　］对谐波电流进行检测；采用应用于三相四线系　统的三维空间矢量脉宽调制（３Ｄ　ＳＶＰＷＭ）法［４，ｓ］控制　补偿电流的产生。　２并联型有源电力滤波器的原理及控制方式　并联型有源电力滤波器是有源电力滤波器中最基　现代电力系统的需要。作为一种新型补偿装置，有源电　力滤波器（ＡＰＦ）能快速对大小和频率均变化的谐波　及无功进行补偿，近年来受到了广泛的重视。　本文利用ＭＡＴＬＡＢ／ＳＩＭＵＬＩＮＫ中所提供的电　本的方式，由于其主电路与负载并联接入电网，故称其　为并联型，主要用于补偿感性电流源型负载的谐波，典　型的如直流侧为带感性负载的整流电路。并联型ＡＰＦ　本身表现出电流源的特性。自１９８６年Ｈ．Ａｋａｇｉ提出　维普资讯 http://www.cqvip.com 《电气开关）（２００８．Ｎｏ．１）　用并联型ＡＰＦ消除谐波以来，已发展为最成熟、应用　也最广泛的有源电力滤波器。由于它与系统相并联，故　可等效为一个受控电流源。本文所研究的并联型ＡＰＦ　系统原理图如图１所示。　ｌ　有源　Ｌ　ｒＡ　蔷波器　ｒ　ｊＩ　图１　ＡＰＦ工作原理　３有源电力滤波器仿真模型的建立　为了使仿真系统能尽可能逼近实际系统的参数和　运行状况，在建立有源电力滤波器系统仿真模型时，采　用了ＭＡＴＬＡＢ软件自带的元件库进行组合建模［６　］。　仿真模型主要包括三个部分：非线性负载、谐波提　取模块及ＰＷＭ信号产生模块。　３．１非线性负载　非线性负载是电网中主要的谐波源。非线性负载　种类较多，如三相二极管整流桥、三相可控硅整流桥、　电弧炉、空调、电视机、变压器等，其中最具有代表性的　谐波源是直流侧带感性负载的二极管整流桥和三相可　控硅整流桥，这类负载在电网中应用较为广泛，而且产　生的谐波含量也较大，典型整流负载电流总畸变率　ＴＨＤ（Ｔｏｔａｌ　Ｈａｒｍｏｎｉｃ　Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）约为３０　。二极　管整流桥是三相可控硅整流桥在触发角为零度时工作　的一个特例。本文仿真模型采用三相二极管整流桥作　为谐波源进行建模，仿真模型如图２所示。　图２非线性负载仿真模型　３．２谐波提取模块　谐波提取模块如图３所示。在仿真模型中，该模块　完成谐波的提取。模块输入量分别为：三相负载电压信　号ｅａｂｃ、三相负载电流信号　ｋ。采用ｐ—ｑ—ｒ谐波检测　法［Ｉ－￣３便可得到期望补偿电流，即输出指令电流Ｒ　ｂｃ。　其中，根据ｐ—ｑ—ｒ谐波检测法原理，电压和电流　３５　信号分别经过两次坐标变换后，再经过低通滤波器　ＬＰＦ（Ｌｏｗｅｒ　Ｐａｓｓ　Ｆｉｌｔｅｒ）进行信号处理后，得到直流　有功和直流无功分量，再做两次坐标反变换，得到基波　电流。基波电流与负载电流相减，便可得到期望补偿电　流，即输出指令电流。　图３基于Ｐ—ｑ—ｒ法谐波提取模块　３．３　ＰＷＭ信号产生模块　ＰＷＭ信号产生模块如图４所示。该模块输入量　为逆变器输出电流　ｂｃ，三相负载电压信号　ｂｃ，指令　电流Ｒｉ　ｂｃ。　其中，己厂　、己厂　为有源电力滤波器逆变器的中点　电压，经过三维空间矢量脉宽调制（３Ｄ　ＳＶＰＷＭ）　法［４　］得到逆变器的６路ＰＷＭ信号。　ｃＣ　图４　ＰＷＭ信号产生模块　除了上述主要的仿真模块外，另外还要有逆变主　电路Ｉｎｖｅｒｔｅｒ、三相电感Ｌ和直流侧电压共同使用，便　可得到整个有源电力滤波系统仿真模型，如图５所示。　图５有源电力滤波器仿真系统整体结构　（下转第３８页）　维普资讯 http://www.cqvip.com

３８　《电气开关》（２００８．Ｎｏ．１）　线路波阻抗罂妻厶　Ｋ　ＣＳＲ导纳　ｚ之间的变化关系’Ｚ　４　仿真结果　一～　、　。　图６和图７分别为投入并联型有源电力滤波器　啸　．４　前、后的三相电流波形。从图中可以看出，投入ＡＰＦ　后，能够对电网谐波的滤除起到很好的作用。　．．　ｌＵ　＼Ｉ　＼２　．１０１　，．．．．．．．．—．．．．Ｌ．．．．．．．．．．．．．．．ＪＬ　．．．．．．．　．．　．．．‘．．．．．．．．　．一０ｈ　ＩＨＩ　ｎ　Ｉ—Ｉ　Ｉ—ｌ，－、ｈ　，　　输电线路距离￡　０ｈ　，、．，、／、、　．　＾八　１０　ｒ　图４系数　Ｂ与输电线路距离厶以及ＣＳＲ导纳６　２之间　变化关系：３—６Ｌ２＝０．２；４—６Ｌ２—０．３；５—６Ｌ２—０．４　０卜　＾＾　＾　　．．　／　从图４的结果来看，输电线路能够传输的有功功　。占－—　赢　—　Ｔ－—＿石　图６补偿前的波形　２　率极限随着输电线路距离厶的增加而迅速下降，也随　着ＣＳＲ导纳ｂ－　的增加而迅速下降，当线路距离超过　２５００ｋｍ后，图１的输电系统几乎无法工作，根据文献　［４３建议，虽然安装ＣＳＲ的每一段线路间隔不超过　－）Ｌ－－—－　．．．．　－－－．Ｌ．．．．．　．．．．．　．．■．．．．．．．．．．．．　．Ｊ．．．．．．．　．．．一八厂＼／、＼／＿、／、＼八八／、＼／＼厂、＼，、＼　　６００ｋｍ，即随着输电线路距离的增加而增加ＣＳＲ个　数，但这也会使情况变为恶化，因此，在这样的线路中，　占＿ｂ厂＼八八八八八八八八八八／、　——　——除了ＣＳＲ外，必须再加设其他补救措施。　☆——百亩—　２　４结论　本文采用基于波过程和二端口网络理论相结合的　方法，通过建立相应的远距离高压交流输电线路数学　图７　补偿后的波形　５　结论　通过采用ＭＡＴＬＡＢ软件对有源滤波系统进行建　模型，对并联电抗器降低输电线路静态稳定性的机理　模仿真，取得的大量数据和经验，可以为实际的研制和　试验工作提供参考和依据，具有重要的指导意义　参考文献　［１］宫鑫，蒋云峰，张蔷，等．三相四线制系统谐波检测的ｐ—ｑ—ｒ法　［Ｊ］．电力自动化设备，２００５．５，２５（５）；５—９．　［２］郭书芳，陈艳慧．法在三相四线制谐波抑制中的应用［Ｊ］．继电器，　２００４．６，３２（１２）：２５—２８．　进行了研究，综合分析结果指出：输电线路能够传输的　有功功率极限随输电线路距离厶的增加而迅速下降，　也随着ＣＳＲ导纳６　的增加而迅速下降。　参考文献　［１］黄莹，徐政，曹德文，等．东北、华北和华东电网联网方案研究［Ｊ］。　电网技术，２００５，２９（１）：１—６．　［３］刘开培，陈艳慧，张俊敏．基于ｐ—ｑ—ｒ法的电力系统谐波检测方　法［Ｊ］．中国电机工程学报，２００５．７，２５（１４）：２５—２９．　［４］戴宁怡，黄民聪，唐净，等．新型三维空间矢量脉宽调制在三相四　线系统中的应用［Ｊ］．电力系统自动化，２００３．９，２７（１７）：４５—４９．　［２］舒印彪．１０００ｋＶ交流特高压输电技术的研究与应用［Ｊ］．电网技　术。２００５。２９（１９）：Ｔ１－－Ｔ６．　［３］Ｇ．Ｎ　Ａｌｅｘａｎｄｒｏｖ．Ｐｏｗｅｒ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｂｙ　ａｌｔｅｒａｔｌｖｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ［Ｍ］．　Ｍｏｓｃｏｗ：ＺＮＡＫ，１９９８．　［５］常鹏飞，王彤，曹继伦．三相四线有源电力滤波器控制算法仿真　研究［Ｊ］．继电器，２００５．５，３３（９）：４３—４９　［６］　吴天明，等．ＭＡＴＬＡＢ电力系统设计与分析［Ｍ］．北京：国防工　业出版社，２００４．　［４］刘振亚．特高压电网［Ｍ］．北京；中国经济出版社，２００５．　［５］邱关源．电路（第四版）［Ｍ］．北京：高等教育出版社，１９９９．　牧稿日期　２ＯＯ７一Ｏ３—１６　［７］季维波．ＭＡＴＬＡＢ在电气工程中的应用［Ｍ］．北京：中国电力出　版社。２００６．　作者简介：向秋风（１９６９一），男，长沙理工大学讲师，硕士，主要研究方向为电力系　统的稳定性与功率分布的自动控制。　吴海燕（１９７４一），女，长沙电力职业技术学院，讲师，本科，从事电气技术的研究。　吴志伟（１９６８一），男，国防科技大学，高级工程师，本科，从事电气开关与电气设备　故障诊断技术的研究。　收稿日期；２０ｏ７—０９—１Ｏ　作者简介：郑龙（１９８２一），男，湖南人，硕士研究生，主要研究方向为电能质量。　粟时平（１９６３一），男，湖南人，汉族，教授，主要研究方向为电能质量．　吕振梅（１９８１一），女，辽宁人，硕士研究生，主要研究方向为电能质量。　＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇Ｉ＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇　（上接第３５页）