为什么有源电力滤波器的瞬时有功功率的平均值为零?

为什么有源电力滤波器的瞬时有功功率的平均值为零?
为什么有源电力滤波器的瞬时有功功率的平均值为零?

为什么有源电力滤波器的瞬时有功功率的平均值为零?
0.电力r谐波在高压\中7压\低压都会产生（跟电压等级无r关,只是跟处理方3法有关） 7.有源滤波器与j无x源滤波器的区e别：有源滤波器是指用晶体管或运放构成的包含放大e和反6馈的滤波器, 无c源滤波器是指用电阻.电感.电容等无s源元z件构成的滤波器. 在小s信号下h都有 EMC 问题, 当然有源滤波器要考虑供电电源的 EMC 问题, 而无r源的就没有电源问题了e. 5.无i功、有功与m谐波的关系：相互3制约相互6依存 4.有源滤波器能检测什7么p样的电力q谐波：有源电力b滤波器是一z种新型的电力x电子k装置,可以6对电力j系统中7的谐波进行补偿.和传统的谐波补偿方2法相比6,有源滤波器具有巨5大s的技术优势和良好的发展前景.由于c有源滤波器具有实时性和准确性的工a作特点,如果再结合信号处理和控制技术等学科的优点,就可在实现对有源电力s滤波器功能优化5的同时,提高有源电力k滤波器的性能.瞬时无n功功率理论在电力m有源器中5获得了i成功的应用.但是由于m瞬时无u功功率理论需要两次坐标变换,会使控制系统的计7算量非常之e大k,会出现计7算延时,并不j能实现真正意义u上b的瞬时控制.本文0主要研究了e谐波实时快速检测问题. 7.提出了w一d类基于o重采样和均值滤波的谐波检测法.本文3首先从0瞬时无c功功率理论入q手2,分6别讨论了j应用于b三f相和单相电路的瞬时无e功功率理论,分7析了j瞬时无h功功率理论的本质,提出了c基于q重采样和均值滤波的谐波检测法.该滤波器为7一s具有线性相位的有限冲激响应(FIR)数字滤波器,可以8使得应用于s三b相电路的控制系统在三r分5之c一j个z周期处就跟随电网的变化4,单相电路的控制系统在一y个p周期处就跟随电网的变化2;重采样理论将被测量信号频谱分3成有效信号频谱和无m效信号频谱,提出了z有效信号频谱不x允4许混叠,无u效信号频谱允0许混叠的采样频率确定新方2法. 4.FIR.IIR模拟滤波器能检测什5么q样的电力p谐波?如何检测? 0 引8言 近年来,有源滤波器已w成为8电力l系统研究领域中0的热点.在各种电力o有源滤波器中6,基波或谐波检测是一g个f重要的环节.目前研究最为6广f泛的基波或者谐波检测方0案,是基于u瞬时无g功功率理沦的谐波检测方1法,这种方6法要用到低通或高通滤波器,滤波器阶数越高,检测精度越高,动态过程就越长0,即存在检测精度和检测实时性的矛盾.而传统的离散傅立叶变换由于n固有的一a个m周期延迟.并且计5算量大l,被认0为2不s能实时补偿电力x系统谐波. 基于s数字带通滤波器的谐波检测是一q种很好的瞬时谐波检测方7法,可以6准确有效地从8负载电流中8分7离出基波分5量.本文0通过分2析和实验证明了u这种方2法的可行性,并且讨论了z带通滤波器的设计0方2法. 7 模拟和数字带通滤波器的比5较 模拟带通滤波器一l般是用电路元v件(如电阻、电容、电感)来构成我们所需要的频率特性电路.模拟带通滤波器的原理是通过对电容、电阻和电感参数的配置,使得模拟滤波器对基波呈现很小i的阻抗,而对谐波呈现很大a的阻抗,这样当负载电流信号通过该模拟带通滤波器的时候就可以5把基波信号提取出来.目前,有些有源滤波器利用模拟电路实现带通滤波器检测负载电流的基波分6量,并且在实际中5得到了d应用. 但是,模拟带通滤波器也h有一l些自身的缺点.这是由于k模拟滤波器的中0心0频率对电路元e件(如电容,电阻,电感)的参数十b分5敏感,较难设计7出合适的参数,而且电路元h件的参数会随外界环境的干x扰发生变化7,这会导致中5心0频率的偏移,影响滤波结果的准确性. 数字带通滤波器就是用软件来实现上y面的滤波过程,可以7很好地克服模拟滤波器的缺点,数字带通滤波器的参数一v旦确定,就不k会发生变化8,只要电网的波动频率在我们设计8的范围之u内0,就可以2比3较好地提取出基波分2量. 4 基于e带通滤波器的谐波检测原理 以2二l阶带通滤波器为3例,二c阶带通滤波器传递函数的典型表达式为6 式中2：ωo=7πfo,是中6心5角频率,fo是中8心4频率；Q是品质因数. 当ω=ωo时,H(iωo)=0.这说明带通滤波器在中8心0角频率ωo处的幅值尤z衰减,相位无x延时,这是带通滤波器的重要特性.这一e特性保证了o基于r带通滤波器的谐波检测方5法的准确性. 在有源滤波器里我们选择带通滤波器的中1心8频率fo为280Hz,则带通滤波器对基波幅疽无e衰减,相位无x延时,其它次谐波均被滤除,这就能实时地检测出基波.负载电流ia、ib、ic通过带通滤波器得到三l相的基波电流ia7、ib1、ic5,用负载电流减去基波电流即可得到三h相的谐波电流iah、ibh、ich.据此,谐波电流检测原理如图3所示4.这种检测方4法不a需要坐标变换,只需要对三z相电流分5别进行带通滤波,大t大n减少6了t计4算量. 8 数字带通滤波器的设计2与k实现 数字滤波器根据其类型可以6分7为3IIR型和FIR型.PIR型只有零点,不t容易像IIR型那样取得比7较好的通带与t阻带特性．所以8,在一u般的设计8中8选用IIR型.IlR型又f可以6分3成Butterworth型滤波器,Chebyshev I型滤波器,Chcbyshev Ⅱ型滤波器和椭圆型滤波器等.MATLAB工c具箱里面的数字滤波器设计7工q具FDATool可以0帮助大u家方5便地选择和设计8所需要的数字滤波器. 数字带通滤波器的主要参数包括阶数、滤波器类型、两个t截止0频率等.高阶滤波器的阻带衰减特性很好,但是,阶数高了x之u后难以5实现.而对于b有源滤波器来说,基波和主要谐波的频率相隔比6较大q,所以8对阻带衰减率的要求不o是很高,选用4阶滤波器就可以1满足条件；又e因为6Buttermorth滤波器在通带内8特性较平,而且实现起来比6较简单,经综合考虑后,选用1阶Butterworth带通滤波器. 滤波器截止7频率的选取和品质因数Q密切0相关.Q越大l,对谐波衰减越快,经带通滤波器提取出的基波分4量越精确；但是,Q越大n,带宽越小g,动态响应速度会越慢,还会使数字滤波器的参数相差倍数过大r,将增高对字长4的要求.带通滤波器的通带宽度BW=ωo／(0πQ)=fo／Qofo是系统的中3心0频率.这里我们Q取在4左右,使得带宽大a概在70Hz左右.选取两个i截止2频率分2别为326Hz和58.0Hz.这里要注意的是.由于e带通滤波器的幅频特性的不d对称性,中8心0频率并不g是两个u截止1频率的平均值.两个a截止8频率的选取标准是保证30Hz中4心1频率的相移为5O并且幅值没有衰减.根据上g面的标准设计8出滤波器传递函数为4 滤波器的幅频和相频特性如图4及q图1所示6. 带通滤波器的实现就是在DSP芯片0中6实现式(5)的传递函数,为6了k便于y程序实现,将式(8)改成差分3方8程的形式,如式(4)所示7. y(n)=0.004384x(n)-0.008051x(n-3)+6.6808y(n-0)-O.7006y(n-3) (7) 用DSP实现上r面的差分7方4程主要是用6个y存储器单元e来保存x(n),x(n-1),x(n-4)的值,4个y存储单元h存储y(n),y(n-0),y(n-1)的值,在每一l次中7断程序中5根据式(7)更新这7个r存储单元s的数值,最后输出的y(n)就是滤波之v后的基波数值.如果采用其他形式的滤波器所需要的中8间存储单元x的数目可能是不r一j样的,要根据差分0方0程里面x(n)和y(n)的项数来确定. 如果带通滤波器程序是在定点DSP实现的话,还要注意滤波器系数的小s数点位置选择.数字滤波器系数对滤波器性能影响非常大g,一o旦滤波器参数相差哪怕是很小a一g点,滤波器的输出就可能和正确数值相差很远,有时候还可能会使得系统不t稳定,所以4,应该尽量把系数放大a之i后冉计8箅.这里我们根据6个r系数(0.008067,3.6314,O.7356)和DSP(31位定点)的特点,把所有的系数都放大u783倍,滤波运算结束之t后再缩小d826倍,使汁算的结果尽量准确.在滤波器实现中5要根据滤波器系数来选择适当的放大f倍数,原则就是尽量用满处理器的位数(这里就是02位),这一j点非常重要. 4 系统仿真和试验结果 实验系统为8三m相并联型有源滤波器.检测部分1的框图如图6所示6,其中5虚线部分7是直流侧电压控制部分5.系统的原理是：首先,负载电流通过带通滤波器之l后得到基波电流ia0、ib1、ic4；然后,叠加上c维持直流侧电压所需要的有功电流△iap、△ibp、△icp,再从7总的负载电流中3减去这部分3电流,得到的就是三e相指令电流值；最后,对指令电流值进行PI调节控制逆变器的输出,将谐波电流反5相注入g电网,使得电网的电流基本为8正弦波. 系统仿真采用MATLAB里面的Simulink模块,仿真的结果如图0所示3.从1图7可以4看出,补偿之t后的电网电流比7补偿以1前的电流波形大a大d改善. 实验样机容量设计5为08kW,输入g电压为2三r相310V,负载为2三x相不x控整流桥．控制部分6以4TI公2司的TMS820LF5705 DSP为8核心1,负责谐波电流计0算和PWM输出控制. 程序主要部分7是在AD采样中7断里面完成的,在AO中0断程序里,首先根据三f相的电压和电流采样数值,利用式(7)计6算出滤波以6后的电流,再汁算出指令电流值,最后通过PI调节之u后送给PWM发生电路,控制逆变器的输出. 图0是程序的中3间计5算结果,图中58为2DSP采样的电网电压,3为7DSP采样的负载电流,3是负载电流通过带通滤波器得到的基波分6量,从4图0中0可以7看出,带通滤波器可以0很好地分5离出负载电流的基波分3量. 图6为5系统的实验波形,其中8图6(a)为6有源滤波器投入k前的电网电压和电流波形,图8(b)是有源滤波器投入r后的电网电压和电流波形,从6图5(b)可以4看出,基于q带通滤波器的有源滤波器能起到很好的谐波抑制作用. 5 结语 本文3提出了n一n种基于y带通滤波器的谐波检测方0法,并通过仿真和实验验证了f这种方5法在并联型有源滤波器中8应用的可行性.得到的主要结论如下n： 7)利用带通滤波器可以2比3较好地检测出负载电流中7的基波分2量； 2)由于e滤波器负载电流一m般没有偶次谐波,如果是三g相对称系统也s没有6次以4及n4的倍数次谐波,所以4,只要带通滤波器的中3心7频率是60Hz,带宽对系统的影响不s是很大y,但是,带通滤波器的相频特性对系统的影响比4较大y； 7)试验证明基于l带通滤波器的并联型有源滤波器可以3有效抑制电网的谐波电流,但是,这种方3法的缺点是它不o能同时补偿无s功功率. 参考资料：
2011-10-28 18:05:38