基于MATLAB的有源滤波器的设计与仿真

作者：秦黎

来源：《科技创新与应用》2013年第26期

        摘要：对并联型有源电力滤波器的控制方法进行研究，应用MATLAB软件建立了仿真模型，利用SimPower工具箱谐波电流检测方法进行建模和仿真。在simulink环境下，对提出的定时比较控制方法和并联型APF抑制谐波效果进行了仿真实验。

        关键词：MATLAB；有源电力滤波器；仿真

        近年来，电力电子技术发展的越来越快，其发展的重大障碍是电力电子装置的谐波污染问题。目前在主要采用被动型谐波抑制方案来抑制谐波，本文对并联型有源电力滤波器进行研究，应用MATLAB软件建立了仿真模型。

        1 有源电力滤波器(APF)

        有源电力滤波器一般可分为：并联型APF、串联型APF和串并联混合型APF,其一般由检测回路，控制回路和主电路构成，理论上讲，有源滤波器可以对任意谐波电流进行补偿，并联有源滤波器其与系统相并联，可等效为一受控电流源，通过适当控制APF可产生与负载谐波大小相等、方向相反的谐波电流，从而将电源侧电流补偿为正弦波[1]。

        2 并联有源滤波器

        2.1 谐波电流检测原理及仿真模型设立

        谐波电流检测利用ip、iq运算方式，该方法用一锁相环和一正、余弦发生电路得到与电源电压同相位的正弦信号sin wt和对应的余弦信号-cos wt，这两个信号与ia、ib、ic一起计算出有功分量电流ip和iq无功分量电流，经低通滤波器LPF滤波得出ip、iq的直流分量ip、iq对应于三相电流中的基波正序分量，再经过 2/3 变换，得到三相电流基波正序分量[2]。

        负载电流发生模块source，三项/两项变换模块C32， 运算模块C，两项/三项变换模块C23以及低通滤波器构成了其主要的仿真模型[3]，其中各模块所需元件可在simulink模块库中找到，比如交流电源，电压、电流测量模块，RLC串联电路，电感元件，三相桥式整流器。 

        图1 ip、iq运算方式检测谐波电流的整体仿真模型

        2.2 三项并联型有源电力滤波器仿真

        图2 三项并联型有源电力滤波器仿真

        2.3 仿真结果

        谐波检测电路采用基于瞬时无功功率理论的ip、iq检测法的工作原理，使用MATLAB中SIMULIINK仿真模块。仿真条件：电源电压有效值为380V、频率为50Hz。ip、iq运算方式检测谐波电流波形如图3。

        图3 ip、iq方式检测谐波电流

        经过滤波后

        图4 经过APF后电网电流

        通过图3、4可以看出原先由于非线性负载引起的谐波在 经过APF后，畸变消失，达到了滤波的效果。所设计的并联型APF能够及时、准确地检测谐波，并能有效抑制谐波。

        3 结论

        通过并联型有源滤波器（APF）后，使其原先所引起的谐波消失，使其波形较平滑，得到了理想中的波形，有较好的滤波效果，对治理谐波污染起到了较好的效果。 

        参考文献

        [1]姚为正，王群，刘进军，等.串联型与并联型有源电力滤波器补偿特性的对比研究[J].电源技术应用，1999（4）.

        [2]黎群辉.基于DSP的单相并联型有源电力滤波器研究[D].2007.

        [3]潘，侯世英.基于MATLAB的谐波电流检测方法的建模与仿真[J].计算机仿真，2005.

        作者简介：秦黎（1984-），女，陕西西安人，西安科技大学电气与控制工程学院在职研究生，陕西能源职业技术学院机电工程系，助教，主要从事电学方面的教学与研究。