有源电力滤波器三种基波提取方法的对比分析

图7 电源无畸变对称负载时 A 相电网电流和基波电流

由上图7 得知正序法所得基波电流波形在两个周期后才趋于稳定,在最初的两个周期分离出的基波不彻底; 传统的ip - i q 法所得基波在一个周期后就开始趋向于稳定接近正弦波;平均值法所得基波波形远在第一个周期内就趋向于正弦波形,使整个延时提高到1/ 6 个电源周期,而且在两个周期后三种方法所得基波波形完全重合。该仿真试验图有力的验证了三种方法在对称负载无畸变条件下提取基波的有效性和可行性。

图8 的仿真波形是在电源电压中加入了一定幅值的5 次零序和7 次负序谐波电流以及不对称负载时的电网电流和分离出的基波电流波形, 由图显示传统的ip- iq 法和正序法均能有效地分离出基波, 在两个周期后这两种方法的基波完全接近于正弦波而重合,且正序法提取更精确。平均值法在这种情况下虽然实时性较好, 但相比于对称情况下实时性较差, 由于电网有畸变使整个延时提高到接近于电源周期的1/ 6 即稍大于T/6,但基波提取的较不彻底,波形不接近于正弦波甚至含有少量畸变。

图8 电源有畸变不对称负载时 A 相电网电流和基波电流

4.2 对比分析

比较分析三种方法的原理, 平均值法同传统的 ip- iq 法的不同在于由平均值模块代替了传统 ip- iq 法中的LPF,该平均值模块使得滤波算法变得较简单同时达到相同滤波效果。正序法同前述两种方法的不同就是用正序基波模块代替传统的 ip- iq 法中的LPF, 也不用平均值数学模块,该方法针对基于瞬时无功功率理论的基波提取法的某些缺陷,即目前基于瞬时无功功率理论的基波提取法的滤波控制算法复杂,无功分量滤 除不彻底等缺陷,所以就用一种基于正序基波提取法来弥补这些不足,该正序法具有对电网基频偏差不敏感、对正序基波信号提取准确等优点。

比较分析三种方法的仿真波形, 平均值法确使整个延时提高到电源周期的1/ 6,正序法提取的的基波延时稍大, 在两个电源周期后趋于稳定, 但是它在电源有畸变三相不对称负载时仍可以精确且有效的提取出基波电流, 且精确度较高。

综上所述三种基波提取法各种性能比较如表2 所示。

表2 三种基波提取法性能比较

5 结束语

本文从有源电力滤波器的三种基波提取法着手,着重研究基于瞬时无功功率的 ip- iq 理论, 然后分析分离谐波的关键是怎么提取基波分量,并且分析三种方法的各种优缺点。在三种基波提取法的理论基础上利用MATLAB/Sinmulink 对有源电力滤波器的基波提取进行仿真分析,对比三种仿真波形。仿真结果表明在电网电压有、无畸变以及负载是否对称时,三种方法均可实时有效地提取出基波, 实时性最好的是平均值法, 其次是传统的 ip- iq 法, 正序基波提取法最差。本文从仿真和理论算法的角度对三种基波提取法做了一些比较,可以作为有源电力滤波器基波提取及补偿谐波的理论和实验依据。