有源電力濾波器三種基波提取方法的對比分析

1 引言

隨著現代電力電子技術的飛速發展, 電網中增加了大量的非線性負載,如大容量變流設備、變頻設備、開關電源等的廣泛應用,導致大量諧波的產生,這些諧波使電網電壓和電流波形發生畸變,使得電能質量日益下降。

有源電力濾波器(APF)在提高電能質量上能有效地抑制諧波和電流畸變, APF 還具有對電網阻抗和諧波頻率適應能力較好、實時補償諧波和及時補償無功功率等優點。

有源電力濾波器主要是用于抑制和補償電網中的諧波,APF 準確及時補償諧波的關鍵是必須通過某種檢測方法快速、準確及時地獲取負載電流的諧波信號,進而產生補償信號以抵消電源中的諧波,達到諧波補償的目的,又因為APF 諧波檢測法的實質就是通過某種方法設法提取基波, 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鍵轉化為提取基波分量。本文研究諧波檢測法中最關鍵的基波提取部分,即研究包括傳統的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上從仿真的角度對三種方法進行比較分析。

2 三種基波提取法的基本原理

2.1 基于瞬時無功功率理論的傳統 ip - iq 法

瞬時無功功率理論的傳統p i - q i 法工作原理框圖如圖1 所示,首先假設三相電路各相電壓和電流的瞬時值分別為ea 、eb 、ec 和ia 、ib 、ic ,它們分別經32 C 變換得到a 、β正交坐標系下的兩相瞬時電壓ea 、eβ 和兩相瞬時電流ia 、iβ ,a 相電網電壓ea 經過一個鎖相環(PLL) 和一個正、余弦信號發生電路后,得到與ae 同相位的正弦信號sinwt 和對應的余弦信號-coswt ,這兩個信號與ia 、ib 、ic 經 C 32變換后得到的ea 、eβ 同 i a、iβ 一起計算得出ip 、iq , ip 、iq 經過低通濾波器(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 產生的, 因此由經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 減去基波電流進而得出三相電流的諧波分量i ah 、ibh 、ich 。

圖1 傳統的ip - iq 法原理圖

　　其中：

　　2.2 基于瞬時無功功率理論的平均值法

　　平均值法利用電流平均值原理, 在基于瞬時無功功率理論基礎上建立的一種相對于傳統p i - q i 法改進了的基波提取法,該法最關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的直流量,進而提出相應的基波分量。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。

　　該方法整個工作原理框圖同傳統的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增益環節框圖