工業(yè)電力系統(tǒng)的單周期控制有源濾波技術(shù)

1、工業(yè)電力系統(tǒng)的單周期控制有源濾波技術(shù)Matlab / Simulink的方法摘要：本文設(shè)想在一個周期的仿真控制（OCC）的并聯(lián)型有源電力濾波器（APF）用于補償諧波產(chǎn)生的工業(yè)電力系統(tǒng)的非線性負載，如控制的并聯(lián)型有源電力濾波器對諧波含量降低的一個更好的解決方案。模擬不同的負載進行非線性類型使用MATLAB / Simulink軟件。OCC的并聯(lián)型有源電力濾波器補償諧波電流允許，功，不平衡負載，和零序電流，呈現(xiàn)良好的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能，因為它可以觀察到的仿真結(jié)果。仿真結(jié)果也證明減少%的THD使用基于單周期控制的并聯(lián)型有源電力濾波器。1.介紹當今社會，由于能源市場的自由化，電力系統(tǒng)變得越來更加一體化和相

2、互依賴。因此，設(shè)備的電能質(zhì)量會對整個電力系統(tǒng)的性能重要的影響。 工業(yè)電力系統(tǒng)的特點往往是作為功和顯著的大用戶因為大多數(shù)發(fā)電機的諧波負載一般由感應電動機和靜態(tài)功率變換器組成。有一個嚴重的功率因數(shù)在工業(yè)電力系統(tǒng)的諧波問題非線性負載。有利的低功率電子技術(shù)，如靜態(tài)補償和有源濾波可以用來提高功率在現(xiàn)有的功率因數(shù)和減輕諧波系統(tǒng)和新的設(shè)計。并聯(lián)型有源電力濾波器（APF）是一種裝置是在一個非線性負載并聯(lián)連接作為圖1所示。有源電力濾波器諧波反應和取消由負載引起的電流使電源電流正弦。有源電力濾波器起著至關(guān)重要的作用在當今開放的能源市場。活躍的電力濾波器用于執(zhí)行不同的探討功率調(diào)節(jié)功能的同時與諧波消除由于增加非線性和

3、不平衡負載。圖1.并聯(lián)有源電力濾波器拓撲結(jié)構(gòu)大的單源的設(shè)備如電弧爐，可調(diào)速驅(qū)動器，導致大多數(shù)這些問題。這些負載繪制非正弦電流不平衡從電源，造成諧波注入，功的負擔，過多的中性點電流和交流電源的負載不平衡。進一步造成低功率因數(shù)，效率低，中性導體爆裂，并與附近的通信相互干擾，因此嚴重的電能質(zhì)量問題的造成所謂的“電氣污染”。這迫使補償特性需要提升以滿足更嚴格的諧波標準。大多數(shù)的重要的國際標準定義下的權(quán)力質(zhì)量的電物理特性供應提供了正常操作條件確保不破壞或干擾顧客的操作。由于這種脆弱性，增加工業(yè)和商業(yè)設(shè)施的數(shù)量試圖通過投資更多的保護自己先進的設(shè)備，提高供電質(zhì)量。兩種方法可以有效地解決質(zhì)量問題。第一種方法稱

4、為負載空調(diào)，以確保設(shè)備減少對電源干擾的敏感性，允許操作在顯著的電壓失真下進行。其他的解決辦法是安裝空調(diào)管路系統(tǒng)抑制或抵消電力系統(tǒng)擾動。電源質(zhì)量（PQ）是電力系統(tǒng)的一個重要指標。長期PQ的手段意味著保持純粹的正弦電流波形與一個純粹的正弦電壓波形。電源在發(fā)電站產(chǎn)生的是純粹的正弦在本質(zhì)上。電力質(zhì)量惡化的是主要原因是由于電流電壓諧波以靜電力電子技術(shù)廣泛的應用變換，零和負序分量由單相的使用和不平衡負載，功，電壓驟降，電壓驟升，閃變，電壓中斷等。為了解決工業(yè)電源的電能質(zhì)量問題系統(tǒng)，過去二十年以來，研究和開發(fā)專家研究出一種解決方案，以電力電子技術(shù)為基礎(chǔ)，叫做“有源濾波”。一個活躍的有源電力濾波器（APF）基

5、本上提供了一個動態(tài)的和減少/消除諧波調(diào)解在電源和功率。有源電力濾波器已被證明是一個重要的選擇對于補償電流和電壓擾動配電系統(tǒng)。通常，一個有源電力濾波器在一個非線性負載并聯(lián)連接，它產(chǎn)生抗諧波取消這些所產(chǎn)生的負載 2 。單周期控制（OCC）有源電力濾波器是基于定頻積分控制 3 。這方法采用一個積分器作為磁芯復位組件。它控制的交流直流脈沖寬度轉(zhuǎn)換器，從而得出當前正相反功及諧波電流引起的非線性負載。與所有先前提出的方法相比，無需產(chǎn)生電流用于控制轉(zhuǎn)換器。這消除了對于交流電壓的需要，APF電流和非線性負載電流 16 。只有一個電流傳感器和電壓傳感器（電阻分壓器）用于感測主交流電流和直流電容器兩端的電壓。它提

6、供了一個低成本，高性能的解決方案，為電能質(zhì)量控制。單周期控制（OCC）技術(shù) 3 建立了大信號非線性PWM方案，這種方案具有電路簡單，高性能和通用應用程序的特點。OCC已成功實現(xiàn)在電力電子技術(shù)的許多分支對直流/直流轉(zhuǎn)換器，放大器，直流/交流在單相PFC和APF和三三相電路。OCC控制器通常使用復位，力控制變量為滿足控制目標，在每個開關(guān)周期。它具有快速響應和高精度。一個三相位矢量操作首次在文獻 4 報道。2.有源濾波技術(shù)有源電力濾波器在過去的三幾十年中被設(shè)計，改進和商業(yè)化。它們適用于補償電流基于扭曲如電流諧波，反應功率，和中性線電流。它們也可用于基于電壓的失真補償電壓等諧波，電壓閃變，電壓驟降和驟

7、升，電壓不平衡 6 。有源電力濾波器分為兩個主要群體即單相和三相。三相有源電力濾波器可以帶或不帶中性線連接。單相有源電力濾波器用于補償電能質(zhì)量通過單相負載，如直流引起的問題電源 16 。三相有功功率過濾器用于大功率非線性負載如可調(diào)速驅(qū)動器，電弧爐和直流/交流轉(zhuǎn)換器。有源電力濾波器是基于PWM轉(zhuǎn)換器 7 。它們被連接到低、中低壓配電系統(tǒng)并聯(lián)或串聯(lián)。系列有源電力濾波器必須與操作并聯(lián)無源濾波器以補償負載諧波電流。并聯(lián)型有源電力濾波器的工作作為一個可控電流源的串聯(lián)型有源電力濾波器作為一個可控電壓源。兩計劃的實施，最好用電壓PWM逆變器，具有反應性的直流母線元件，如電容器。有源電力濾波器可以提高一個或多

8、個要求補償電力系統(tǒng)的功能并提高供電質(zhì)量。有源電力濾波器的性能取決于額定功率和響應速度。有源電力濾波器改善電能質(zhì)量的類型選擇取決于問題的類型。項目：“誰負責的目的安裝有源濾波器”被歸納為以下兩組：· 有源濾波器安裝由個人客戶他們自己的房屋附近的一個或多個識別諧波產(chǎn)生負載。· 有源濾波器安裝的電力事業(yè)在變電站或配電饋線。主要目的的有源濾波器安裝個人消費者是補償電流諧波和/或電流的不平衡諧波產(chǎn)生負載。另一方面有源濾波器的安裝的主要目的在不久的將來事業(yè)是補償電壓不平衡，或提供諧波的阻尼在配電系統(tǒng)。此外，有源濾波器在權(quán)力的公共耦合點實用消費者諧波隔離功能分配系統(tǒng)。有兩種類型的用于電源

9、電路有源電力濾波器，電壓饋源或電壓源逆變器（VSI）和一個電流或電流源逆變器（CSI）。這是類似于用于交流電源電路電機驅(qū)動器。然而，他們是不同的行為由于APF作為非正弦電流源或電壓源。VSI通常是首選CSI由于較高的效率和較低的成本。一個這樣的逆變器并聯(lián)結(jié)構(gòu)如圖2所示。用于有源電力濾波器實現(xiàn)逆變器作為一個電流控制電壓源。傳統(tǒng)上，兩個水平PWM-VSI已被用于實現(xiàn)有源電力濾波器5。然而，在過去的幾年中的多級VSIPWM逆變器提出了發(fā)展的有效性中等電壓的應用。同時，APF多逆變器并聯(lián)實現(xiàn)在一系列的直流母線通過一個變壓器或級聯(lián)，在技術(shù)文獻中已提出的7 9。3.單周期控制的拓撲結(jié)構(gòu)這個性能仿真技術(shù)是參

10、考來自加州理工大學APF的梅德萊博士參考 3，8 ，用于單相和三相的分別。該控制方案具有以下特點：· 電源電流是感應，這是APF提供的負載電流和電流的總和。· 空載電流檢測的非平凡的任務(wù)計算諧波和功組件被淘汰。· 無乘法器用于控制回路。· 該控制器由一個積分器復位和幾個邏輯和線性比較器，加法器等· 開關(guān)頻率恒定。· 不需要鎖相環(huán)。這是一個簡單的，可靠的和成本有效的技術(shù)單周期控制用于功率因數(shù)校正在一個低功率諧波補償隨著非線性負荷 4 的分銷網(wǎng)絡(luò)。它同時使用電流反饋。工作周期調(diào)制在一個比較的基礎(chǔ)上進行集成的直流環(huán)節(jié)電壓誤差信號和一個信號式

11、的成比例的的源電流。恒定的通過通過開關(guān)頻率該控制器脈沖復位信號進行維持。A.單循環(huán)控制理論單循環(huán)控制按鈕的原理框圖已在圖3中標出。該單循環(huán)控制按鈕采用了帶復位積分器的積分電路作為核心來控制脈沖寬度，并且進一步控制S開關(guān)。圖3.單周期控制開關(guān)如果開關(guān)頻率被假設(shè)為fs=(fs=1/Ts)，并且由時鐘發(fā)生器的頻率和帶有重置按鈕的單積分電路的參數(shù)所控制，由此我們可得10公式v0 (t) = S (t).vi (t) . (3.1)S(t)是開關(guān)函數(shù)，并且可以表達為：公式圖4開關(guān)功能如果fs的頻率比vi(t)的頻率要大，那么vi(t）就被認為在Ts中是常數(shù)。所以輸出v0(t)的平均值可以被寫作：. 如果

12、Vref是參考基準信號的理想輸出值，可以控制占空率來使v0的積分和vref的積分值在一個Ts周期中嚴格保持一致如果參考信號Vref(t)比單循環(huán)控制開關(guān)的頻率低很多，那么參考電壓Vref(t)可以被認為是一個常數(shù)，結(jié)合公式3.3和3.4我們可得：結(jié)合公式3.3,3.4,3.5可得：如果參考信號比單循環(huán)控制開關(guān)的頻率低很多，可以控制占空率來使v0(t）的積分和vref的積分值在一個Ts周期中嚴格保持一致。這是單循環(huán)控制的原理。占空率被單循環(huán)控制中的參數(shù)所決定。肯定的說，占空率是由全過程的時間所決定的，它可以被表達為：所以單循環(huán)控制按鈕有一個復位積分器來作為核心來控制脈沖寬度。復位積分器的作用就是

13、來控制占空率的。圖5.單周期控制的有源電力濾波器該方案的優(yōu)勢在于1） 基于constant switching-frequency modulation，使用integrator with reset。2） 僅需檢測輸入源電流而不需要檢測三相負載電流3） 無需檢測三相線電壓4） 僅需要簡單的計算就可得到所需數(shù)據(jù)，而不需要使用方程解算器5） 使用通用原件即可得出簡單明了的類比解決方案，從而大大節(jié)省開支和原件計數(shù)6） 三相與單相系統(tǒng)均適用4.模擬實驗結(jié)果模擬實驗數(shù)據(jù)結(jié)果是通過Matlab Simulink Sim Power System Toolbox得出的，如Fig7所示，該結(jié)構(gòu)為three

14、phase power system with a shunt APF。three phase load with APF 由恒頻技術(shù)控制，源電流、源電壓如Fig8所示，F(xiàn)ig9列出了源電流的諧波分析，F(xiàn)ig10列出了實際中性電流和補償中性電流。Fig11記錄了三相APF的DC電容電壓。在該模擬實驗結(jié)果中，動力系統(tǒng)污染負荷可分為以下幾個類別：1）線性三相不平衡負載：包含三個R-L load連接star Ra=15 Rb=5 Rc=3 and La=Lb=Lc=14mH 2）非線性不平衡負載：包含三個單相二極管整流器連接不同的phrases，導致不同的R-L負載，在DC端Ra=15 , Rb=5

15、 , Rc=3 and La=Lb=Lc=14mH. 3) 非線性平衡三相負載，它包含了三相晶體管控制的整流器，附帶R-L負載，.(這里完全看不懂）最初理想電源會擁有不使用有源電力濾波器的27.6%的總諧波失真。有源電力濾波器的完整模型已經(jīng)被植入進MTALAB軟件數(shù)據(jù)包中，基于OCC的APF在平衡相中補償諧波和反應力。如果需要的話，源電流中的高頻諧波可以被小過濾器輕松的過濾掉。同時，中性線電流也會被有效補償?？梢钥闯?，OCC方案提供了出色的動態(tài)響應。為APF服務(wù)的直流母線電容電壓在最初短暫的時間里幾乎保持了恒定。因此，該方案提供了所需 穩(wěn)定情況和瞬間變化情況性能下的條件。從模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)， 單周

16、期控制（OCC）可以使用來以經(jīng)濟的方式實現(xiàn)簡單的模擬電路。該單周期控制的成本（OCC）方案甚至可以用來減少通過減少開關(guān)在單數(shù)和三相系統(tǒng)來降低成本。此外APF是一般工作在約10 kHz的開關(guān)來達到良好的性能。通常使用的開關(guān)是MOSFET和IGBT。計算機仿真驗證了 該控制方案（OCC）的有效性。 仿真結(jié)果證明以下目標已成功實現(xiàn)：降低電源電流諧波 （減少10THD）。 ü負載不平衡的補償和過度中性線電流。 üAPF的下動態(tài)和穩(wěn)態(tài)操作的良好表現(xiàn)。 ü有效能力過濾器的多功能（無功補償，諧波和零線電流消除） 圖6.三相OCC基于APF的Matlab / Simulink的模

17、型與工業(yè)電力系統(tǒng)的負荷 圖7.工業(yè)電源三相電流源 與APF系統(tǒng)圖8.工業(yè)電源三相電壓源 與APF系統(tǒng)圖9.工業(yè)動力系統(tǒng)三相電流源的諧波分析圖10.中性線電流與APF圖11三相APF的直流電容電壓 圖12. OCC的APF基于工業(yè)電源系統(tǒng)提到的開路特性基于有源電力濾波器的安裝對于電力系統(tǒng)在非線性過載的操作在圖12中有示范。 到的開路特性基于有源電力濾波器可以有效的滿足ieee 519在和鉉層次上所有非實際電壓情況。源電流在總諧波失真補足夠是1.37%。 ieee-519的提議是：提到的方法有很好的協(xié)和限制。5.總結(jié)本文基于單周期控制的有源電力濾波器已經(jīng)呈現(xiàn)。該方案的主要優(yōu)點是在中壓和高壓電力系統(tǒng)

18、的直線前進的應用。該控制系統(tǒng)的設(shè)計和仿真通過MATLAB / SIMULINK。補償電流諧波，無功功率和非線性負載的由有源電力濾波器并聯(lián)運行電流不平衡已探索在本文中。仿真結(jié)果表明的有效性并提出有源電力濾波器的有效性諧波電流，無功功率和電流不平衡補償。作者想要感謝Shobha Rani, HOD教授，工程與管理Vardhaman學院，校長，工程Vardhaman學院的工作人員的支持和我們的主給我們力量和智慧完成這篇論文參考文獻1。弘文赤城， “新趨勢有源濾波器的功率調(diào)節(jié)” ， IEEE跨。在工業(yè)應用，第32 ，第6號，第1312至1322年， 1996年11月/ 12月。2。 WM格雷迪， MJ

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