[论文解读] Design of Three-Phase Hybrid Active Power Filter for Compensating the Harmonic Currents of Three-Phase System

Zubair Ahmed Memon, Muhammad Aslam Uqaili+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 9, 2016

Power Quality and Harmonics参考文献 20被引用 6

一句话总结

本文提出一种基于瞬时pq理论检测谐波电流、并采用滞环电流控制器跟踪参考电流的三相混合有源电力滤波器。仿真结果证实，该方法能有效抑制谐波，降低总谐波畸变率，并符合IEEE 519标准的三相系统电能质量要求。

ABSTRACT

Power quality standards (IEEE-519) require to limit the total harmonic distortion within satisfactory range caused by power electronic based devices. Our work deals with the design of hybrid active filter to reduce current perturbations produced by power electronics based devices. The Instantaneous Active and Reactive Power Method (pq) is used to perform the identification of disturbing currents. The pq algorithm creates a reference current, whereas, this reference current is tracked by the current of the voltage source converter. The currents of the voltage source converter are controlled by hysteresis controller. Simulation results showed that the hybrid active filter can compensate the harmonic currents effectively and improve power quality.

研究动机与目标

• 解决电力电子设备在三相系统中产生的谐波电流引起的电能质量问题。
• 设计一种混合有源电力滤波器，有效补偿谐波电流，同时保持系统稳定性。
• 采用瞬时pq理论准确检测负载电流中的谐波分量。
• 在电压源换流器中采用滞环电流控制器，确保参考电流的精确跟踪。
• 通过仿真验证滤波器在降低总谐波畸变率（THD）以满足IEEE 519标准方面的能力。

提出的方法

• 应用瞬时有功功率与无功功率（pq）理论，提取负载电流中的基波分量与谐波分量。
• pq算法生成代表需补偿谐波分量的参考电流信号。
• 采用电压源换流器（VSC）注入大小相等、相位相反的补偿电流，以抵消检测到的谐波电流。
• 滞环电流控制器调节VSC的开关动作，确保参考电流的快速且精确跟踪。
• 在三相系统配置下进行仿真，以评估谐波抑制性能。
• 滤波器结合了无源LC滤波器与有源前端，以降低有源部分的额定容量与成本。

实验结果

研究问题

• RQ1 pq理论在具有非线性负载的三相系统中检测谐波电流的有效性如何？
• RQ2 滞环电流控制器能否准确跟踪pq方法生成的参考电流？
• RQ3 该混合有源滤波器在供电电流中将总谐波畸变率（THD）降低到何种程度？
• RQ4 无源与有源滤波相结合如何提升系统效率并降低有源滤波器的额定容量？
• RQ5 所提出的滤波器设计是否满足IEEE 519标准中规定的谐波限值要求？

主要发现

• pq理论能高精度识别负载电流中的谐波分量，从而实现有效补偿。
• 滞环电流控制器确保参考电流的快速且稳定跟踪，显著减小跟踪误差。
• 混合滤波器设计显著降低了供电电流中的总谐波畸变率（THD），提升了电能质量。
• 无源与有源滤波的集成有效降低了有源换流器的额定容量，增强了成本效益。
• 仿真结果证实，滤波器可将谐波电流水平维持在IEEE 519标准允许的可接受范围内。
• 系统在不同负载条件下表现出鲁棒性能，验证了其实际应用潜力。