基于空间矢量的有源电力滤波器预测电压控制策略

有源电力滤波器的控制及仿真分析摘要:介绍了有源电力滤波器的基本工作原理,从双环软启动的控制策略出发,分析了有源电力滤波器的控制过程和实现方法,建立了对应的matlab仿真模型,并进行了具体的波形分析,达到了预期的结果,验证了有源电力滤波器在电网谐波抑制中的效果。

关键词:有源电力滤波器谐波控制仿真中图分类号:tm6 文献标识码:a 文章编号:1672-3791(2012)09(c)-0142-03l.gyugyi等人在1976年提出了采用有源电力滤波器,气质要是有pwm控制变流器所构成的,同时apf有源电力滤波器(active power filter)的概念被确立下来,就是运用可以控制的功率的半导体器件来向电网中注入的谐波电流与原来的谐波电流的幅值要相位相反和相等的电流,同时还要是其电源的总谐波电流呈现出零值的状态,这样才能达到实时进行补偿谐波电流的目的[1]。

apf有源电力滤波器是一种最为新兴的电力电子的装置,主要是运用于补偿无功功率和动态抑制谐波两方面的装置,同时apf有源电力滤波器还可以对无功功率和在频率以及大小上都有着变化的谐波成分来进行补偿的,并且还克服了传统的无源滤波器只能做固定补偿的不足之处[2]。

1 原理及其控制策略1.1 apf基本原理如图1所示为有源电力滤波器原理图,主要由检测及控制电路和主电路两大部分组成。

其中检测及控制电路包含指令电流运算电路、驱动电路以及电流跟踪控制电路。

主电路一般采用的是pwm变流器。

其基本工作原理为通过指令电流在运算电路中检测出了补偿对象电流中的无功和谐波等方面的电流分量,同时还要再次的通过驱动电路和电流跟踪控制电路这两项来得出补偿电流的指令信号,使主电路的pwm变流器产生出了实际的补偿电流。

而在负载电流和补偿电流这两项中的谐波分量的大小是相等的,其方向是相反的,因此两者之间是存在相互抵消,电源电流中只会存在含有基波,不可能含有谐波的特点[3]。

1.2 双环软启动控制系统描述现有的实现以上功能的有源电力滤波器控制策略很多,包括滞环电流比较控制[4]、空间矢量控制[5]、无差拍控制、预测控制、滑模控制[6]、模糊控制等。

有源电力滤波器和低通滤波器的电路设计与应用分析-设计应用有源电力滤波器（Active Power Filter，APF）作为一种用于动态抑制谐波的电力电子装置，其能够同时补偿多次谐波电流，能实时控制、自动跟踪非线性电流并加以控制，有较快的动态响应速度，且具有改善三相不平衡度的优点。

一、无差拍SVPWM 的有源滤波器设计有源电力滤波器（AcTIve Power Filter，APF）作为一种用于动态抑制谐波的电力电子装置，其能够同时补偿多次谐波电流，能实时控制、自动跟踪非线性电流并加以控制，有较快的动态响应速度，且具有改善三相不平衡度的优点。

对于有源滤波器谐波电流检测与补偿电流的发生是其极为关键的技术。

有源电力滤波器的电流控制一般采用PWM（PulseWidth ModulaTIon）模式，目前常用的PWM控制方式有滞环电流控制（Current Follow Pulse Width ModulaTIon，CFPWM）、三角波电流控制（ΔPulse Width ModulaTIon，ΔPWM）和电压空间矢量脉宽调制（Space Vector PulseWidthModulation，SVPWM）三种技术。

对于SVPWM 其控制方法的优点主要在于：提高逆变器直流侧电压的利用率，减小开关器件的开关频率以及减少谐波成分，而且此方法更易实现数字化。

因此，逆变电路控制常采用此种方法。

在APF 的应用中，SVPWM 常与滞环比较，PI调节器以及无差拍等结合应用。

本文采用无差拍SVP-WM 控制策略，对APF 的电流进行补偿控制，以获得较好的动态补偿效果。

1 电力有源滤波器谐波检测方法有源滤波器的谐波电流检测方法由时域和频域检测法构成。

时域检测法主要分为：有功电流分离法和基于瞬时无功功率原理的p-q 法，ip-iq 法以及d-q 法等。

频域检测法主要有FFT法和谐波滤波器法等。

对于本文研究主要是采用ip-iq 法来对电力有源滤波器进行分析研究，由图1可看出其原理。

三相电压型PWM整流器控制策略及应用研究一、概述随着电力电子技术的快速发展，三相电压型PWM（脉冲宽度调制）整流器作为一种高效、可靠的电能转换装置，在电力系统中得到了广泛应用。

其不仅能够实现AC（交流）到DC（直流）的高效转换，还具有功率因数高、谐波污染小等优点，对于改善电网质量、提高能源利用效率具有重要意义。

对三相电压型PWM整流器的控制策略及应用进行深入研究，对于推动电力电子技术的发展和电力系统的优化升级具有重要意义。

三相电压型PWM整流器的控制策略是实现其高效稳定运行的关键。

目前，常用的控制策略包括基于电压矢量控制的直接电流控制、基于空间矢量脉宽调制的间接电流控制等。

这些控制策略各有优缺点，适用于不同的应用场景。

需要根据实际应用需求，选择合适的控制策略，并进行相应的优化和改进。

在实际应用中，三相电压型PWM整流器被广泛应用于风力发电、太阳能发电、电动汽车充电站等领域。

在这些领域中，整流器的稳定性和效率对于保证整个系统的正常运行和提高能源利用效率具有至关重要的作用。

对三相电压型PWM整流器的控制策略及应用进行研究，不仅有助于推动电力电子技术的发展，还有助于提高能源利用效率、促进可再生能源的发展和应用。

本文将对三相电压型PWM整流器的控制策略及应用进行深入研究。

介绍三相电压型PWM整流器的基本原理和常用控制策略分析不同控制策略的优缺点及适用场景结合实际应用案例，探讨三相电压型PWM整流器的优化改进方法和发展趋势。

通过本文的研究，旨在为三相电压型PWM整流器的设计、优化和应用提供理论支持和实践指导。

1. 研究背景与意义随着全球能源危机和环境污染问题日益严重，可再生能源的利用与开发已成为世界各国关注的焦点。

作为清洁、可再生的能源形式，电能在现代社会中发挥着至关重要的作用。

传统的电能转换和利用方式存在能量转换效率低、谐波污染严重等问题，严重影响了电力系统的稳定性和电能质量。

研究高效、环保的电能转换技术具有重要意义。

有源电力滤波器拓扑结构及控制策略概述摘要按照不同的分类方式，对有源滤波器的拓扑结构进行了系统的分类，并指出其各自的优缺点；同时，对有源滤波器的构成和控制策略进行了分析和介绍。

此外，还对有源滤波器的设计步骤和参数选型给出了相应的阐述。

关键字有源滤波器；拓扑结构；控制策略；设计步骤1 主电路拓扑结构分类：从不同的观点出发，有源电力滤波器具有不同的分类标准。

根据接入电网的方式分类：根据接入电网的方式，有源电力滤波器可以分为串联型、并联型和串-并联型三大类。

串联型有源滤波器：串联型有源滤波器经耦合变压器串接入电力系统，如图1所示，其可等效为一个受控电压源，主要是消除电压型谐波以及系统侧电压谐波与电压波动对敏感负载的影响。

串联型有源电力滤波器应用在直流系统中时，耦合变压器的系统接入侧很容易出现直流磁饱和问题，所以只在交流系统中采用。

与并联型有源电力滤波器相比，由于串联型有源电力滤波器中流过的是正常负荷电流，因此损耗较大；此外，串联型有源电力滤波器的投切、故障后的退出及各种保护也较并联型有源电力滤波器复杂。

目前单独使用串联有源电力滤波器的例子较少，研究多集中在其与LC无源滤波器所构成的串联混合型有源电力滤波器上。

1.1.2 并联型有源电力滤波器并联型有源电力滤波器与系统并联等效为一个受控电流源，如图2所示。

有源滤波器向系统注入与谐波电流大小相等方向相反的电流，从而达到滤波的目的。

并联型有源电力滤波器主要适用于电流源型感性负载的谐波补偿，技术上已相当成熟，工业上已投入使用的有源电力滤波器多采用此方案。

与串联型有源电力滤波器相比并联型有源电力滤波器通过耦合变压器并入系统，不会对系统运行造成影响，具有投切方便灵活以及各种保护简单的优点。

但是当单独使用并联型有源电力滤波器来滤除谐波时，有源电力滤波器容量要求很大，这样会带来一系列的问题，如工程造价高、电磁干扰、结构复杂以及高的功率损耗等。

1.1.3 串-并联型有源电力滤波器串-并联型有源电力滤波器如图3所示，相关文献称之为统一电能质量调节器（UPQC）。

APF有哪些控制策略?APF空间矢量最优控制详述APF，也即有源电力滤波器。

通过APF，可以对不同大小和频率的谐波进行快速跟踪补偿。

相关行业的朋友，有必要深入了解APF。

为增进大家对APF的认识，本文将对APF的控制策略——空间矢量最优控制予以介绍。

如果你对APF有源电力滤波器具有兴趣，不妨继续往下阅读哦。

近年来，随着电力电子技术的发展，电力电子装置的应用越来越广，它所产生的谐波和无功功率给电网带来的各种危害也越来越大。

为了抑制高次谐波和补偿无功功率，近几年出现了许多新型的无功补偿装置和有源滤波系统。

这些装置虽然各有不同，但有一点是共同的，即要求准确快速地检测出谐波和无功功率，从而实现快速补偿。

有源电力滤波器(APF)的关键技术之一就是逆变器的PWM技术，目前常用的PWM技术有：1)基于正弦波对三角波调制的SPWM技术;2)基于消除特定次数谐波的HEPWM技术;3)基于电流滞环跟踪控制的PWM技术。

第一种方法适用于模拟系统，在微机控制系统中很少采用;第二种方法需要预先计算出要消除的若干次指定谐波，在负载经常变化的情况下，跟随特性难以保证;第三种方法比较适合微机控制，其原理为实时检测逆变器的输出、并与跟踪目标进行比较，当偏差超出允许的边带时，控制器动作，使偏差减小。

一般来说，波形质量，开关损耗，电压利用率等是衡量PWM方法的几个重要指标，随着现代大功率器件开关频率的不断提高，波形质量问题己得到了较好的解决，而开关损耗问题却日益严重，以电路拓扑改进为代表的软开关技术在解决开关损耗问题的同时也带来电路结构复杂化的问题，对复杂电路尤其如此。

所以，如何从PWM控制方法的优化上减小开关损耗，是一个值得探讨的问题。

空间电压矢量法(SVPWM)也叫磁通正弦PWM法。

它以三相对称正弦波电压供电时交流电动机的理想磁通圆为基淮，用逆变器不同的开关模式所产生实际磁通去迫近基准圆磁通。

由它们的比较结果决定逆变器的开关，形成PWM波形。

有源电力滤波器直流侧电压控制技术的研究摘要：随着电网中谐波污染问题的日益严重，如何消除其不利影响成为一个需要解决的重要问题。

有源电力滤波器（APF，active power filter）由于其良好的谐波补偿及无功功率补偿等能力，加之其能增强电网可靠性，被认为是解决谐波问题的最有效手段，因此引起了广泛关注和研究。

有源电力滤波器在工作时，直流侧和交流侧会存在一系列的能量交换等因素会引起直流侧电容电压的波动，该波动会对APF 的补偿性能、稳定运行等造成影响，因此需对直流侧电压进行控制。

本文选择中点电容式三相四线制并联型有源电力滤波器作为研究对象，在直流侧电压的最小电压值自适应控制等方面展开了工作。

关键词：有源电力滤波器，自适应控制，直流侧电压，控制技术1.引言1.1谐波的概念因为大量电力电子设备等非线性设备的使用造成了大量的谐波，由于这些谐波的存在，提供给用户使用的并不是电压和电流同频同相的标准的（50Hz 或60Hz）正弦波电源，电网电流和电压会产生畸变，电网中除了理想的基波成分，还含有高次成分，即谐波成分。

谐波在IEEE 标准519-1981 中定义为：“谐波的频率是基波频率的整数倍，是正弦波”。

电网谐波污染最原始的跟踪和观察起源于二十世纪初的德国静态整流器。

自那以后，谐波问题开始进入人们的视野。

以电力电子设备为代表的非线性负载是产生谐波的主要来源。

主要有：1）家用电器和照明设备。

2）电气化铁路。

3）工业电弧设备。

4）电力电子设备。

由于电力电子设备等非线性设备的广泛使用，它实际上是谐波的最主要来源。

1.2有源电力滤波器源电力滤波器技术是一种谐波治理新技术，相比无源滤波技术具有很大的优越性，它可以同时具有谐波补偿和无功补偿功能或者选择其中之一进行补偿，补偿性受系统阻抗影响很小，通过一定的技术手段可以做到对频率变化具有自适应性，系统可靠性和安全性也很高，因此在今天受到了广泛的关注。

其基本原理是：通过检测负载中的谐波信号进而产生一个与原有系统中的谐波和无功电流大小相同但相位相反的负向电流使得电网的输出电流全部为基波电流，进而实现谐波补偿和无功补偿的目的。

APF三种滞环控制策略的仿真研究薛博文;方彦【摘要】文中基于并联型有源电力滤波器APF传统滞环、定频滞环、定频滞环和空间矢量相结合三种控制策略为目标,通过设计APF电路模型、内部谐波检测电路及选择参数,对APF三种不同控制策略下补偿的电网电压、电流波形及开关频率进行仿真.从APF三种滞环控制策略的补偿效果、开关频率与直流侧电压利用率等方面进行分析比较,验证了APF定频滞环SVPWM控制策略的优越性.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2015(023)014【总页数】4页(P119-121,125)【关键词】SVPWM;传统滞环;定频滞环;控制策略【作者】薛博文;方彦【作者单位】西安铁路职业技术学院电气工程系,陕西西安710016;西安铁路职业技术学院电气工程系,陕西西安710016【正文语种】中文【中图分类】TN713有源电力滤波器（APF）是一种能够抑制谐波、补偿无功的电力电子装置。

通过控制APF向电网注入与谐波电流等值相反的补偿电流信号，来抵消电网中谐波电流，达到动态实时补偿的目标。

其控制系统主要采用双闭环控制（电压外环与电流内环），利用电压外环控制APF直流侧电压，使其稳定在某个固定范围；利用电流内环按电流指令进行电流控制，使得补偿电流跟踪指令电流信号。

一般APF内环电流控制方法包括电流控制法、电压控制法与复合控制法（电流结合电压）三种[1]。

本文通过仿真研究两种直接电流控制和一种复合控制策略。

即：传统滞环、定频滞环、定频滞环和空间矢量（定频滞环SVPWM）相结合的APF三种滞环控制策略。

1 基于滞环控制策略的APF仿真电路1.1 仿真电路框图首先搭建APF仿真模型。

令三相线电压380 V的交流电作为电压源，A相初始相位为零度，基波频率50 Hz。

以A相为例，其余各相相位依次相差120°。

三相不可控整流桥后级负载参数：R=15Ω，L1=25 mH，无功负载为L=100 mH星形接法，如图1所示。