基于DSPACE功率平衡理论的并联有源电力滤波器模型Simulink实现

基于DSPACE功率平衡理论的并联有源电力滤波器模型Simulink实现

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/matlab_dingdang/article/details/144107990

随着电力电子技术的快速发展和非线性负载的广泛应用，电力系统中的谐波污染日益严重，严重影响了电力系统的安全稳定运行，并对电力设备造成损害。并联有源电力滤波器(APF)作为一种有效的谐波抑制装置，能够快速有效地补偿谐波电流，提高电力系统的功率质量。本文基于DSPACE平台，建立了基于功率平衡理论的APF仿真模型，并通过仿真实验验证了模型的有效性和准确性。

1. 引言

随着电力电子技术的快速发展和非线性负载的广泛应用，电力系统中的谐波污染日益严重，严重影响了电力系统的安全稳定运行，并对电力设备造成损害。并联有源电力滤波器(APF)作为一种有效的谐波抑制装置，能够快速有效地补偿谐波电流，提高电力系统的功率质量。APF的核心在于其精确的控制算法和高效的功率变换电路。而要实现精确的控制，则需要深入理解APF的功率平衡理论。本文基于DSPACE平台，建立了APF的仿真模型，并通过仿真实验验证了功率平衡理论在APF控制中的作用。

DSPACE实时仿真平台以其强大的实时处理能力、灵活的硬件配置以及丰富的软件工具，成为电力电子系统研究和开发的理想平台。利用DSPACE平台搭建APF的仿真模型，可以有效地验证控制算法的有效性，并对APF的性能进行评估，为实际工程应用提供重要的参考依据。

2. 并联有源电力滤波器的工作原理

并联有源电力滤波器通过检测系统中的谐波电流，并产生与之大小相等、相位相反的补偿电流注入电网，从而实现谐波电流的补偿。其工作原理主要包括以下几个方面：

• 谐波电流检测: 采用各种电流检测方法，例如基于电流互感器的检测或基于Rogowski线圈的检测，准确地检测出负载电流中的谐波成分。
• 坐标变换: 将三相静止坐标系下的电流信号变换到旋转坐标系(如dq坐标系)，以便于进行谐波电流的分离和控制。常用的坐标变换包括Clarke变换和Park变换。
• 谐波电流分离: 采用各种谐波分离算法，例如傅里叶变换、小波变换等，从检测到的电流信号中提取出谐波电流分量。
• 控制算法: 根据谐波电流分量设计相应的控制算法，生成相应的补偿电流指令。常用的控制算法包括滞后控制、比例积分(PI)控制、预测控制等。
• 逆变器: 将控制算法生成的补偿电流指令转换为相应的PWM波形，驱动逆变器产生补偿电流。

3. 基于DSPACE的APF功率平衡模型建立

本文基于DSPACE平台，建立了基于功率平衡理论的APF仿真模型。模型主要包括以下几个模块：

• 负载模型: 模拟各种非线性负载，例如整流器、变频器等，产生含有谐波的电流。
• 电流检测模块: 模拟电流传感器的功能，对负载电流进行检测。
• 坐标变换模块: 将三相静止坐标系下的电流信号变换到dq坐标系。
• 控制算法模块: 实现谐波电流的检测和补偿，并生成PWM信号。本文采用基于比例积分(PI)控制的电流控制算法，结合功率平衡理论，优化控制器的参数，确保APF在动态和静态条件下都能有效地补偿谐波电流。
• 逆变器模型: 模拟逆变器的功能，将PWM信号转换为相应的补偿电流。
• 电网模型: 模拟电网的特性，例如电压波动等。

4. 仿真结果及分析

利用DSPACE平台搭建的APF仿真模型，对不同负载条件下的APF性能进行了仿真实验。仿真结果表明，基于功率平衡理论的APF控制策略能够有效地补偿谐波电流，提高电力系统的功率质量。同时，仿真结果也验证了模型的准确性和有效性。

通过改变负载参数，例如负载电流的谐波含量和频率，以及电网电压波动，可以分析APF在不同工况下的动态响应和稳态性能。仿真结果显示，该APF模型能够在各种负载变化和电网扰动下保持良好的谐波补偿效果，并能快速响应负载变化。

5. 结论

本文基于DSPACE平台，建立了基于功率平衡理论的并联有源电力滤波器仿真模型，并通过仿真实验验证了模型的有效性和准确性。该模型考虑了APF的功率平衡关系，并采用了基于PI控制的电流控制算法。仿真结果表明，该模型能够有效地补偿谐波电流，提高电力系统的功率质量。未来的研究工作将着重于改进控制算法，提高APF的动态响应速度和抗扰动能力，并进一步研究多APF协调控制策略，以应对更复杂的电力系统环境。此外，将探索更先进的谐波检测和分离算法，以提高APF的补偿精度和效率。