有源电力滤波器三种基波提取方法的对比分析

1 引言

随着现代电力电子技术的飞速发展, 电网中增加了大量的非线性负载,如大容量变流设备、变频设备、开关电源等的广泛应用,导致大量谐波的产生,这些谐波使电网电压和电流波形发生畸变,使得电能质量日益下降。

有源电力滤波器(APF)在提高电能质量上能有效地抑制谐波和电流畸变, APF 还具有对电网阻抗和谐波频率适应能力较好、实时补偿谐波和及时补偿无功功率等优点。

有源电力滤波器主要是用于抑制和补偿电网中的谐波,APF 准确及时补偿谐波的关键是必须通过某种检测方法快速、准确及时地获取负载电流的谐波信号,进而产生补偿信号以抵消电源中的谐波,达到谐波补偿的目的,又因为APF 谐波检测法的实质就是通过某种方法设法提取基波, 从而检测到谐波的目的, 所以有源电力滤波器谐波检测法的关键转化为提取基波分量。本文研究谐波检测法中最关键的基波提取部分,即研究包括传统的p i - q i 法、平均值法以及正序基波提取法。本文先研究理论然后在理论的基础上从仿真的角度对三种方法进行比较分析。

2 三种基波提取法的基本原理

2.1 基于瞬时无功功率理论的传统 ip - iq 法

瞬时无功功率理论的传统p i - q i 法工作原理框图如图1 所示,首先假设三相电路各相电压和电流的瞬时值分别为ea 、eb 、ec 和ia 、ib 、ic ,它们分别经32 C 变换得到a 、β正交坐标系下的两相瞬时电压ea 、eβ 和两相瞬时电流ia 、iβ ,a 相电网电压ea 经过一个锁相环(PLL) 和一个正、余弦信号发生电路后,得到与ae 同相位的正弦信号sinwt 和对应的余弦信号-coswt ,这两个信号与ia 、ib 、ic 经 C 32变换后得到的ea 、eβ 同 i a、iβ 一起计算得出ip 、iq , ip 、iq 经过低通滤波器(LPF)得出ip 、iq 直流分量,再通过反变换即可得基波分量 iaf、ibf 、icf ;由于是由iaf 、ibf 、icf 产生的, 因此由经C-1和C 23 变换可以得到三相电流的基波分量iaf 、ibf 、icf ,用电源电流ia 、ib 、ic 减去基波电流进而得出三相电流的谐波分量i ah 、ibh 、ich 。

图1 传统的ip - iq 法原理图

　　其中：

　　2.2 基于瞬时无功功率理论的平均值法

　　平均值法利用电流平均值原理, 在基于瞬时无功功率理论基础上建立的一种相对于传统p i - q i 法改进了的基波提取法,该法最关键部分即提取出直流分量用平均值原理建立的模块分离得到与基波分量对应的直流量,进而提出相应的基波分量。该平均值模块框 图如图2 所示,该框图包括积分、延迟、减法和增益模块,其中T 为电源周期, 延迟模块的输出是电流积分延迟T/ 6 的值。

　　该方法整个工作原理框图同传统的ip - iq 法相比仅是把LPF 换成了如图2 的模块。

图2 平均值法中积分延时增益环节框图