整流器件的谐波抑制仿真

张卫芳

摘要院电力有源滤波器能够解决电力系统中非线性负载引起的谐波污染问题。阐述了有源滤波器的基本原理，建立了Matlab/Simulink仿真模型并且进行了详细的仿真分析。仿真实验结果表明，有源滤波器具备很好的补偿特性。

Abstract:Theuseofnonlinearloadsinpowersystemmakeharmonicpollution，inordertosolvetheharmonicpollution,activepowerfilterisused.Thispaperintroducesthebasicprinciplesofactivefilter,andestablishsaMatlab/Simulinksimulationmodelandanalysis.Theresultsshowthattheactivefilterhasgoodcompensationcharacteristic.

关键词院谐波；有源滤波器；Matlab/SimulinkKeywords:harmonic；activepowerfilter；Matlab/Simulink中图分类号院TM71文献标识码院A文章编号院1006-4311（2014）19-0057-02

0引言

随着电力电子技术的迅速发展和电力电子装置的应用越来越广泛,电磁环境受到严重的污染,电网谐波污染问题成为一个非常严峻问题。此外电网中使用的异步电动机、变压器和电弧炉等负荷消耗大量的无功功率，若得不到及时补偿将致使电网电压波动、供电设备容量增加、损耗增加。因此，谐波补偿成为当前的一个非常严峻的问题。

谐波抑制的手段主要包括无源滤波和有源滤波。无源滤波器是由电容器和电抗器串联而组成的，并且调谐在某种特定的谐波频率，对它所调谐的谐波具有一个低阻抗作用；有源滤波器是产生与其所测得的畸变的谐波电流的相位相反的一组谐波电流，谐波电流因此被抵消并且最终变成一个没有畸变的正弦波。本文中主要介绍并联型有源滤波器的原理，并进行MATLAB仿真和分析。

1并联有源滤波器的工作原理系统的主要组成包括：指令电流运算电路、电流跟踪控制电路、驱动电路和主电路。Is为电网提供的电流，il为负载电流，ic为有源滤波器的输出电流。基本原理为当需要对非线性负载所产生谐波电流进行补偿时，由检测电路测量出补偿对象负载电流il中的谐波电流成分iLh，将它相位相反后当作要补偿电流的指令信号，因此由补偿电流发生电路产生的补偿电流ic和负载电流中的谐波信号iLh等大、反相，补偿电流与电网中的谐波和无功电流相消，因此电网的电流和负载的基波电流相等，使的电源电流变为正弦波。

2有源滤波器的Matlab仿真研究

2.1谐波检测谐波电流检测法有很多，包含用模拟带通滤波器，傅立叶变换谐波检测分析，瞬时无功功率谐波检测等等。本文采用的办法是基于瞬时无功功率的谐波检测法，其基本原理如图2所示。

图2中：

2.2电流跟踪控制电路并联型有源电力滤波器发出的补偿电流应跟随指令信号的变化而实时变化，这就使得补偿电流发生器应具备良好的实时性，所以文中使用跟踪型PWM控制法，文中PWM的产生使用滞环电流比较控制法。滞环控制是一个比较常见的电流跟踪控制方式，它的硬件电路及其简单，电流响应速度非常快。工作原理为：比较补偿电流的指令信号i*c和实际的补偿电流ic，二者的偏差当作滞环比较器的输入信号，由滞环比较器产生出相应的脉冲信号，它通过驱动电路控制主电路中的开关的通断情况，进而操控补偿电流ic的变化情况。滞环比较器的原理如图3所示。

2.3有源滤波器仿真模型的建立根据前文论述和分析结果在Matlab7.0Simulink环境中对有源滤波器进行了模型构建。此次建模采用基于瞬时无功功率的谐波电流检测法检测谐波电流，逆变器触发脉冲由滞环比较装置产生，有源滤波器直流侧电压由可控电压源控制。实时模拟器数字输出端产生六个瞬时脉冲，逆变器利用这些脉冲产生所需的电流。

3结果分析利用Matlab/Simulink中的Powergui工具可以很方便地进行仿真研究，提取基波分量和谐波波形，并对波形进行FFT分析。选取整流电路电源侧A相电流原始波形图4进行仿真研究。

从图4补偿前的A相电流波形可见，因为负载是三相整流桥，因此负载电流的波形发生非常严重的畸变，其中5次、7次、11次、13次谐波的含量非常的大，负载电流的总畸变率高达19.35%，这对系统的影响是非常大的，而投入有源滤波器后，负载电流的波形基本变成正弦波，负载电流的总畸变率也变为图5中的0.36%，这说明滤波效果是非常明显的。

4结束语文中着重介绍了有源滤波器的原理，并采用基于瞬时无功功率的谐波电流检测法，精准地测量出谐波。文中采用Simulink下的电力系统模块PowerSystems构建了谐波电流检测模型和并联型有源电力滤波器的仿真模型，仿真的结果证明了理论分析的正确性，表明了有源电力滤波器具备很好的补偿特性。

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