基于a-b-c坐标下三相并联有源滤波器的补偿新策略分析

并联有源滤波器在消除谐波电流和无功补偿(包括线性负载和非线性负载的无功补偿)方面发挥着重要的作用.目前,电力有源滤波器(APF)多采用基于瞬时无功功率理论的谐波和无功电流检测方法.这些方法大多要进行坐标之间的转换,并且在三相电路、电源都不对称的情况下很难做到对基波无功和高次谐波电流的准确检测.提出一种不需要在进行坐标转换,直接在坐标系下进行无功和谐波检测的方法.研究和仿真表明这种方法在电压源不对称、畸变和负载不平衡的情况下仍能有效工作,并且有效简化了并联有源滤波器(APF)的控制电路.     

有源电力滤波器谐波及无功电流检测的不必要性(一)

从并联型有源电力滤波器(APF)直流侧电容电压以及APF电流的双闭环控制角度出发,分析和探讨了谐波及无功电流检测对APF补偿精度的影响.结果表明谐波及无功检测信号只不过是电容电压闭环系统中的一个前馈补偿信号,其存在不但不能提高反而影响谐波及无功的稳态和动态补偿精度.通过进一步研究和比较负载电流突变时APF补偿电流的跟随性能,得知谐波及无功检测信号对提高APF跟随负载有功电流分量突变能力的作用也十分有限,因此认为经典APF的谐波及无功检测是不必要的.     

有源电力滤波器仿真研究

叙述了有源电力滤波器APF(Active Power Filter)的基本原理,分别介绍了组成APF的谐波和无功电流检测电路、补偿电流发生电路的构成和功能,在此基础上,介绍了常用的APF的谐波和无功电流检测方法、补偿电流控制方法和直流侧电压控制方法。为了验证APF的补偿功能同时加深对其控制方法的认识和理解,用Matlab 6.5/Simulink下的SimPower Systems Blockset对整个三相并联电压型APF系统进行了仿真研究。仿真结果表明,电压空间矢量脉宽调制SVPWM(Space VectorPulse Width Modulation)控制的APF能对负载电流中的谐波和无功分量进行快速精确的补偿。     

有源滤波器在d,q坐标系下的PI-模糊谐振控制

有源电力滤波器(APF)被认为将代替传统LC无源滤波器,用来治理线路上非线性负载及开关器件产生的谐波和无功电流.APF为消除谐波,逆变器必须根据指令输出补偿电流,而谐波电流随时间快速振荡变化,因此电流控制器对谐波电流的跟踪能力决定了APF的性能高低.在此分析了并联型APF的电流控制数学模型,针对并联型APF提出一种简单...     

定频积分控制的三相4线有源电力滤波器

有源电力滤波器(APF)是谐波抑制和无功补偿的有效方法.采用定频积分控制的有源电力滤波器摆脱了先检测谐波和无功电流,然后根据检测信号产生补偿电流的传统控制方法,简化了有源电力滤波器的结构.将该方法用于三相4线制有源电力滤波器,抑制谐波,提高功率因数并解决三相不平衡问题.     

微电网的电能质量及改善方法研究

对微电网中的分布式电源的电能质量问题进行了分析,结合微电网运行的特点提出了相应的电能质量改善方法及控制策略。提出了有源滤波器(APF)和静止无功补偿器(SVC)联合运行改善电能质量的方法,APF和负载并联接入微电网,通过滤除谐波电流,其电流检测常用ip-iq方法;由于晶闸管控制电抗器(TCR)与晶闸管投切电容器(TSC)构成的静止无功补偿器,装设在微电网负载侧,采用对称分量法计算。通过Matlab/Simulink的仿真结果表明,该有源滤波器和静止无功补偿器联合运行的方法对改善微电网电能质量是有效的。     

基于电容电流反馈的新型HAPF谐振抑制方法

针对有源电力滤波器和无功补偿电容器组成的混合型有源电力滤波器(HAPF)的系统谐振问题,提出了一种基于无功补偿电容器电流反馈的新型HAPF谐振抑制方法。该方法在传统有源电力滤波器电流控制的基础上,通过增加电容电流反馈控制环节,增强系统阻尼,抑制系统谐振。基于该方法,分别就谐波检测电流包含和不包含电容器电流2种情况,详细分析了在电网谐波电压和负载谐波电流2种谐波源激励作用下,系统发生串、并联谐振时的谐振抑制特性。理论分析和实验结果表明,该方法能够有效抑制系统串、并联谐振,提高系统稳定裕度,并对负载谐波电流具有理想的补偿效果。     

三相有源电力滤波器控制方法的研究

基于单周控制的三相有源电力滤波器(APF)虽不需谐波检测电路,电路相对简单,但只能同时补偿谐波和无功电流,且要求电源电压无畸变,故有局限性。为此将ip-iq谐波检测法和单周控制方法相结合,利用ip-iq法检测负载电流的谐波和无功分量,以单周控制作为电流跟踪控制方式,推出单周控制方程,基于此的建模和仿真研究结果表明:APF可灵活地补偿非线性负载的谐波和无功电流,且补偿效果良好,有一定可行性。     

神经网络控制的三相并联有源电力滤波器设计

针对现有各种谐波检测方法的不足,在分析了滤波器的工作原理和传统的神经网络控制算法之后,提出了一种新的神经网络控制算法,设计了一种应用于电力系统中补偿无功和抑制谐波的三相并联有源电力滤波器(APF),该滤波器由一个三相PWM电压源逆变器及其控制电路组成。将负载电流、直流侧电容电压与系统电压输入改进的神经网络,计算出并联有源电力滤波器的参考电流,参考电流输入滞环电流控制器获得逆变器的触发脉冲,从而得到补偿电流。通过Matlab仿真表明,由改进的神经网络控制的滤波器,在负载变化及其电流变化情况下都有良好的性能。同时,通过数字信号处理器实现的系统实验验证了该方案的正确性。     

基于改进PI+PR控制的有源电力滤波器研究

电流跟踪控制策略是决定并联型有源电力滤波器(active power filter,APF)补偿性能的关键。针对并联APF常规电流比例积分(proportional integral,PI)控制方法对负载主要次谐波分量补偿不充分的问题,提出一种适用于APF的新型指定次谐波电流控制策略。控制策略在常规电流PI控制基础上,对负载电流主要次谐波(5、7、11、13次)进行比例谐振(proportional resonant,PR)控制,而对其余次谐波采用常规PI控制。仿真结果证明了控制方法的有效性和正确性。     

基于复合控制的并联有源滤波器的仿真研究

并联有源滤波器是消除电网中非线性负载产生的电流谐波的有效手段。针对PI控制器在并联有源滤波器中的局限性,将重复控制和PI控制器并联用于并联有源滤波器输出电流波形的控制。笔者在给出并联有源滤波器主电路结构的基础上,介绍了一种基于瞬时无功功率法的谐波检测方法及基于重复控制和PI控制的复合控制策略。最后,通过MATLAB/Simulink对所提控制策略进行了仿真验证。仿真结果证明了该控制策略的有效性。     

基于直接功率控制的并联有源电力滤波器

三相三线并联有源电力滤波器能够实时的补偿谐波电流和无功电流.目前,并联有源电力滤波器的补偿原理大多是补偿电流跟踪检测出的参考谐波电流.在分析以往的补偿原理之后,提出了把检测出的谐波功率作为参考功率信号,然后,采用直接功率控制方法,设计有源电力滤波器的控制器,使滤波器的输出的谐波功率跟踪参考功率,从而达到消除谐波的目的.仿真试验结果表明,采用这种控制策略设计出的有源电力滤波器具有良好的谐波补偿效果.     

并联型有源电力滤波器电流控制的等效原理

详细分析和论证了基于负载谐波与无功电流检测的并联有源电力滤波器(APF)和基于电源电流直接控制的APF控制方式之间的内在联系,得出二者在电流控制上等效这一重要结论。给出基于上述等效原理的APF新型控制方案,该方案是在传统方案基础上,省掉负载和APF电流检测单元以及谐波及无功电流或基波有功电流运算单元。分析了该方案与传统控制方案之间的关系,结果表明:传统控制方案中的谐波及无功电流检测信号只是APF直流侧电容电压闭环控制前向通道中的一个前馈信号。基于新方案制作了一台单相APF实验样机,实验结果验证了该文结论和所提方案的正确性和有效性。     

Three-phase four-wire shunt active power filter based on the SOGI filter and Lyapunov function for DC bus control

The three-phase four-wire shunt active power filter (SAPF) was developed to suppress the harmonic currents generated by nonlinear loads, and for the compensation of unbalanced nonlinear load currents, reactive power, and the harmonic neutral current. In this work, we consider instantaneous reactive power theory (PQ theory) for reference current identification based on the following two algorithms: the classic low-pass filter (LPF) and the second-order generalized integrator (SOGI) filter. Furthermore, since an important process in SAPF control is the regulation of the DC bus voltage at the capacitor, a new controller based on the Lyapunov function is also proposed. A complete simulation of the resultant active filtering system confirms its validity, which uses the SOGI filter to extract the reference currents from the distorted line currents, compared with the traditional PQ theory based on LPF. In addition, the simulation performed also demonstrates the superiority of the proposed approach, for DC bus voltage control based on the Lyapunov function, compared with the traditional proportional-integral (PI) controller. Both novel approaches contribute towards an improvement in the overall performance of the system, which consists of a small rise and settling time, a very low or nonexistent overshoot, and the minimization of the total harmonic distortion (THD).     

改善微网电能质量的有源电能质量调节器研究

提出在微网交流母线和低压配网公共连接点之间并入有源电能质量调节器,可改善微网电能质量,减小微网接入对低压配网电能质量的影响.提出了基于瞬时无功理论的同步锁相方法,准确分解出公共连接点电压基波正序分量,进而求得其相位.由补偿电流控制策略计算得到参考电流,控制有源电能质量调节器实时向微网补偿谐波电流和无功电流,即使在三相负载不平衡时,使公共连接点三相电流平衡且为正弦波,从而平衡公共耦合点的三相电压.Matlab/Simulink 仿真结果证明了所提同步锁相方法和补偿电流控制策略的有效性     

A novel approach to the design of a shunt active filter for anunbalanced three-phase four-wire system under nonsinusoidal conditions

A new approach is presented for the design of a shunt active filter in a three-phase, four-wire distribution system with unbalanced, distorted sources and unbalanced loads. The purpose of the shunt active filter is to provide compensation currents such that the source needs to supply balanced (positive-sequence) fundamental source current at unity power factor even though the load consumes harmonic currents as well as positive, negative, and zero-sequence currents. A major feature of the proposed approach is that it does not require symmetrical component transformation to transform the three-phase voltages and currents to α-β-o quantities. This makes practical implementation of the proposed method easier than the symmetrical component transformation approach. In addition, the power factor of the positive-sequence fundamental component is close to unity and only positive-sequence power is supplied by the source. The effectiveness of the proposed control algorithm is demonstrated by computer simulation and experimental results of a shunt active filter for a three-phase four-wire distribution system with distorted, unbalanced source voltages and unbalanced loads     

电能质量调节器检测方式的研究

给出了一种基于新型检测方式的电能质量调节器,该检测方式不需要检测供电电网电压波动及谐波和负载无功及谐波电流,论述了这种新型检测方式与传统检测方式在电压、电流控制上的等效性。经过Psim仿真,结果表明基于该等效检测方式的电能质量调节器具有控制算法简单、性能优良等优点,在各种电网电压和负载电流情况下,该调节器能使电网电流为正弦波并保持功率因数为1,同时向负载提供稳定的正弦波电压。     

Optimization‐based method for shunt hybrid filter compensation in non‐stiff systems

In this contribution, a steady‐state approach for determining the optimal size and control of a shunt hybrid filter (SHF), to control harmonic current mitigation and to provide reactive power compensation, is proposed. The SHF topology is formed by a shunt active power filter (APF) and a shunt capacitor. The APF current injections are determined from the solution of a nonlinear programming problem formulated to meet permissible operation limits, with an optimal APF size. The formulation and control theory for the SHF is developed in the abc reference frame. An important practical aspect such as the application of SHF compensation in non‐stiff systems is included in the analysis and solution of the nonlinear programming problem, as well as in the current control technique, maintaining stringent performance requirements on the tracking of the filtering currents, by allowing the use of the shunt capacitor also as a filter for draining the ripple current inherent to the APF injection currents. Results obtained with matlab /Simulink (MathWorks, Inc., Natick, MA, USA) show that the proposed theory and the control of the optimal SHF compensation constitute an effective system to compensate reactive power and to control harmonic distortion under selected/permissible limits with an optimal APF injection current reducing the APF size. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

i_p-i_q检测法的单周控制三电平有源电力滤波器

并联型有源电力滤波器APF可以有效补偿由非线性负载产生的谐波和无功功率电流。为了实现单独对谐波分量、无功功率分量进行补偿,或者对谐波和无功功率分量同时进行补偿这些不同的补偿目标,同时为了满足大功率、高电压和输出电流波形畸变小的需要,提出了将中点箝位变换器和ip-iq电流检测法应用于单周控制有源电力滤波器的方法。采用ip-iq电流检测算法可分离出负载电流中的谐波分量、无功功率分量,且电网电压波形畸变不影响检测结果,故可提供不同补偿目标的参考信号。理论推导和仿真结果表明,该法能分别单独补偿谐波分量、无功功率分量,或者同时补偿谐波和无功功率分量,而且电网电压波形畸变不影响补偿效果。通过将ip-iq电流检测法运用于单周控制三电平有源电力滤波器,既实现多种补偿目标,又具有电网电压波形畸变不影响补偿效果、单周控制策略简单、三电平变换器输出电流波形畸变小的优点。     

基于相位角平衡的有源电力滤波器研究

针对并联型有源电力滤波器 ,提出一种新的控制算法来消除非线性负载产生的谐波。通过使负载电流基波正序分量偏移电源电压的相移等于输入电流的相位角 ,来使得电网中的电流不含有谐波分量。利用DSP (数字信号处理器 )作为硬件控制平台可以使该算法得以实现。该方法不需检测网侧的电源电压 ,具有较好的实用价值。