有源電力濾波器三種基波提取方法的對比分析

1 引言

隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展, 電網(wǎng)中增加了大量的非線性負(fù)載,如大容量變流設(shè)備、變頻設(shè)備、開關(guān)電源等的廣泛應(yīng)用,導(dǎo)致大量諧波的產(chǎn)生,這些諧波使電網(wǎng)電壓和電流波形發(fā)生畸變,使得電能質(zhì)量日益下降。

有源電力濾波器(APF)在提高電能質(zhì)量上能有效地抑制諧波和電流畸變, APF 還具有對電網(wǎng)阻抗和諧波頻率適應(yīng)能力較好、實(shí)時(shí)補(bǔ)償諧波和及時(shí)補(bǔ)償無功功率等優(yōu)點(diǎn)。

有源電力濾波器主要是用于抑制和補(bǔ)償電網(wǎng)中的諧波,APF 準(zhǔn)確及時(shí)補(bǔ)償諧波的關(guān)鍵是必須通過某種檢測方法快速、準(zhǔn)確及時(shí)地獲取負(fù)載電流的諧波信號,進(jìn)而產(chǎn)生補(bǔ)償信號以抵消電源中的諧波,達(dá)到諧波補(bǔ)償?shù)哪康?又因?yàn)锳PF 諧波檢測法的實(shí)質(zhì)就是通過某種方法設(shè)法提取基波, 從而檢測到諧波的目的, 所以有源電力濾波器諧波檢測法的關(guān)鍵轉(zhuǎn)化為提取基波分量。本文研究諧波檢測法中最關(guān)鍵的基波提取部分,即研究包括傳統(tǒng)的p i - q i 法、平均值法以及正序基波提取法。本文先研究理論然后在理論的基礎(chǔ)上從仿真的角度對三種方法進(jìn)行比較分析。

2 三種基波提取法的基本原理

2.1 基于瞬時(shí)無功功率理論的傳統(tǒng) ip - iq 法

瞬時(shí)無功功率理論的傳統(tǒng)p i - q i 法工作原理框圖如圖1 所示,首先假設(shè)三相電路各相電壓和電流的瞬時(shí)值分別為ea 、eb 、ec 和ia 、ib 、ic ,它們分別經(jīng)32 C 變換得到a 、β正交坐標(biāo)系下的兩相瞬時(shí)電壓ea 、eβ 和兩相瞬時(shí)電流ia 、iβ ,a 相電網(wǎng)電壓ea 經(jīng)過一個(gè)鎖相環(huán)(PLL) 和一個(gè)正、余弦信號發(fā)生電路后,得到與ae 同相位的正弦信號sinwt 和對應(yīng)的余弦信號-coswt ,這兩個(gè)信號與ia 、ib 、ic 經(jīng) C 32變換后得到的ea 、eβ 同 i a、iβ 一起計(jì)算得出ip 、iq , ip 、iq 經(jīng)過低通濾波器(LPF)得出ip 、iq 直流分量,再通過反變換即可得基波分量 iaf、ibf 、icf ;由于是由iaf 、ibf 、icf 產(chǎn)生的, 因此由經(jīng)C-1和C 23 變換可以得到三相電流的基波分量iaf 、ibf 、icf ,用電源電流ia 、ib 、ic 減去基波電流進(jìn)而得出三相電流的諧波分量i ah 、ibh 、ich 。

圖1 傳統(tǒng)的ip - iq 法原理圖

　　其中：

　　2.2 基于瞬時(shí)無功功率理論的平均值法

　　平均值法利用電流平均值原理, 在基于瞬時(shí)無功功率理論基礎(chǔ)上建立的一種相對于傳統(tǒng)p i - q i 法改進(jìn)了的基波提取法,該法最關(guān)鍵部分即提取出直流分量用平均值原理建立的模塊分離得到與基波分量對應(yīng)的直流量,進(jìn)而提出相應(yīng)的基波分量。該平均值模塊框 圖如圖2 所示,該框圖包括積分、延遲、減法和增益模塊,其中T 為電源周期, 延遲模塊的輸出是電流積分延遲T/ 6 的值。

　　該方法整個(gè)工作原理框圖同傳統(tǒng)的ip - iq 法相比僅是把LPF 換成了如圖2 的模塊。

圖2 平均值法中積分延時(shí)增益環(huán)節(jié)框圖