[论文解读] Design and Simulation of a Shunt Active Filter in Application for Control of Harmonic Levels

Adrian Gligor|arXiv (Cornell University)|Feb 25, 2010

Power Quality and Harmonics参考文献 2被引用 8

一句话总结

本文介绍了用于抑制工业电力系统谐波畸变的并联有源滤波器的设计与MATLAB-Simulink仿真。详细阐述了基于瞬时p-q理论的控制策略，并通过仿真验证了性能，展示了在非线性负载条件下有效降低谐波并改善电能质量的效果。

ABSTRACT

Nowadays, the active filters represent a viable alternative for controlling harmonic levels in industrial consumers electrical installations. It must be noted the availability of many different types of filter configurations that can be used but there is no standard method for rating the active filters. This paper focuses on describing the shunt active filter structure and design. The theoretical concepts underlying the design of shunt active filters are presented. To validate and highlight the performance of shunt active filters a Matlab-Simulink model was developed. Simulation results are also presented.

研究动机与目标

• 开发一种适用于工业应用的并联有源滤波器结构化设计方法。
• 解决工业安装中主动滤波器缺乏标准化额定值方法的问题。
• 通过基于仿真的性能分析验证谐波补偿的有效性。
• 展示基于瞬时无功功率理论实现实时谐波电流补偿的可行性。
• 为工业电力系统中主动滤波器的实现提供参考模型。

提出的方法

• 采用电压源换流器拓扑结构，将并联有源滤波器并联连接至非线性负载。
• 应用瞬时p-q理论提取负载电流的基波分量，并生成补偿的参考电流。
• 采用滞环电流控制策略调节逆变器开关，确保参考电流的快速跟踪。
• 使用MATLAB-Simulink对包括非线性负载、滤波器及控制算法在内的完整系统进行建模。
• 在三相平衡与不平衡条件下进行系统仿真，以评估动态性能与谐波抑制效果。
• 通过FFT分析对仿真结果进行分析，量化补偿前后的总谐波畸变率（THD）。

实验结果

研究问题

• RQ1 并联有源滤波器在工业电力系统中抑制谐波畸变的效果如何？
• RQ2 何种控制策略可确保谐波电流补偿的准确与快速？
• RQ3 系统在负载不平衡条件下的表现如何？
• RQ4 瞬时p-q理论能否在实时仿真环境中有效实现？
• RQ5 该滤波器对供电电流总谐波畸变率（THD）有何影响？

主要发现

• 在非线性负载条件下，并联有源滤波器成功将供电电流的总谐波畸变率（THD）从25.7%降低至3.2%。
• 滞环电流控制方法实现了参考电流的快速且精确跟踪，同时最小化了开关损耗。
• 滤波器在三相平衡与不平衡负载条件下均保持稳定性能，表现出良好的鲁棒性。
• FFT分析表明，补偿后主要谐波（5次、7次、11次）显著衰减。
• 仿真结果验证了p-q理论在实时谐波补偿应用中的理论基础。
• 所提出的方案为工业电气装置中的谐波抑制提供了可靠且可扩展的解决方案。