三相并联型有源滤波器（APF）控制仿真

        APF按照不同的分类方法可大体分为电压型、电流型有源滤波器，并联型、串联型和混合型有源滤波器，三相三线型、三相四线型，两电平、多电平等。

电压型、电流型

并联型、串联型和混合型

      本次主要对并联电压型三相三线有源滤波器进行介绍，该种滤波器电路结构如下：

APF整体结构

补偿原理

       有源滤波器是一种用于动态抑制谐波，兼具一定的无功补偿功能的电力电子装置。APF可以对大小和频率变化的谐波进行补偿。APF主要由两大部分构成：指令电流检测部分和补偿电流生成部分；主要工作原理是检测补偿点处电压和电流，通过谐波检测手段，将负载电流分为谐波电流和基波电流，然后将谐波电流反极性作为补偿电流生成部分的控制指令电流，以抵消电路中的谐波成分。通过控制，APF还可以消除指定次数的谐波。

常用的谐波检测方法

       APF常用的谐波检测方法有ip-iq法、p-q法、FFT法以及一些智能检测算法等，本文主要对最常用的基于瞬时无功功率理论的ip-iq法和pq法进行说明。两种方法均是通过坐标变换，将电流分成有功分量和无功分量或直接将功率分离，并进行低通滤波得到基波情况下的直流分量。

       ip-iq法简述

       通过将三相电流变换后得到有功分量和无功分量i_p和i_q，通过滤波即可得到i_p和i_q的直流分量，通过反变换后将得到三相基波电流i_af、i_bf、i_cf，利用原电流波形减去这些基波电流分量便可以得到我们需要的谐波分量i_ah、i_bh、i_ch。

ip-iq法原理图

ip-iq法模型实现

       p-q法简述

       通过将三相电压与三相电流变换后得到的有功和无功p和q，通过低通滤波器滤波后得到功率基波直流分量p_f和q_f，通过反变换后即可得到三相基波电流i_af、i_bf、i_cf，利用三相电路中总电流波形减去这些基波电流即可得到我们需要的谐波分量i_ah、i_bh、i_ch。

p-q法原理图

p-q法模型实现

        综上，p-q法由于其在建模上没有考虑零序分量，在三相不平衡系统上的测量上存在较大误差，所以仅仅只能应用于三相平衡系统的谐波坚持测中。ip-iq法克服了p-q法所带来的不足，不仅可以应用于三相平衡系统的谐波检测，并且还可应用于三相不平衡的系统中。

补偿电流控制方法

       常用的PWM控制方法主要分为滞环比较法和PI三角波比较法。滞环比较法利用滞环比较器形成一个以0为中心、H和-H为上下限的滞环或死区，把补偿电流和指令电流差值控制到规定的滞环宽度范围之内，控制逆变器的开关动作。PI三角波比较法通过指令值与实际值做差，并与三角波进行比较，产生PWM控制信号。

        滞环控制结构简单，系统响应速度快，鲁棒性号，但开关频率不固定；PI控制稍显复杂，跟踪性能好，开关频率为固定值，但对非线性信号跟踪效果不理想。

滞环控制框图

PI控制框图

仿真模型

        在matlab/simulink中搭建仿真模型，交流电网电压为380V 50HZ，通过不控整流电路模拟非线性负载，谐波检测部分用ip-iq法，谐波产生电路直流侧电压给定值为700V，通过滞环控制产生补偿电流控制驱动脉冲。模型如下图所示

整体模型

ip-iq法谐波检测

谐波生成及控制部分

滞环控制脉冲生成部分

仿真结果

       模型中，0.1秒后开始接入APF，仿真结果波形如下

电网侧电压、电流

负载电压、电流

三相电流谐波

谐波电流及APF输出电流

APF直流侧电压

总电流及基波电流、谐波电流

        分别对电网侧电流进行补偿前后两个周期的傅里叶分析，可以看出，补偿前电流信号总谐波含量20.1%，补偿后电流信号总谐波含量2.18%，APF补偿效果良好，结果如下

补偿前FFT结果

补偿后FFT结果

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