基于dq0变换的三相并联有源电力滤波器研究附Simulink仿真

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🔥 内容介绍

本论文针对三相电网中存在的谐波、无功功率等电能质量问题，深入研究基于 dq0 变换的三相并联有源电力滤波器（SAPF）。通过阐述 dq0 变换的基本原理，分析其在三相 SAPF 控制策略中的应用优势，构建基于 dq0 变换的三相 SAPF 系统模型，包括主电路拓扑结构与控制电路设计。研究基于 dq0 变换的谐波检测算法和控制策略，实现对谐波电流和无功电流的准确检测与快速补偿。通过仿真与实验验证，基于 dq0 变换的三相 SAPF 能够有效抑制电网谐波，补偿无功功率，显著提升电网电能质量，为解决三相电网电能质量问题提供了一种可靠的技术方案。

关键词

dq0 变换；三相并联有源电力滤波器；谐波检测；无功补偿；电能质量

一、引言

随着电力电子技术的飞速发展，大量非线性负载如整流器、变频器、开关电源等广泛应用于工业、商业和居民生活等各个领域 。这些非线性负载在运行过程中会向电网注入大量谐波电流，导致电网电压波形畸变，电能质量恶化 。同时，感性和容性负载的存在会产生无功功率，降低功率因数，增加电网损耗，影响电力系统的安全、稳定和经济运行 。有源电力滤波器（APF）作为一种能够实时补偿谐波和无功功率的电力电子装置，在改善电能质量方面发挥着重要作用 。其中，三相并联有源电力滤波器（SAPF）因具有补偿性能好、接入方便等优点，成为研究和应用的热点 。

dq0 变换是一种常用的坐标变换方法，能够将三相交流系统中的电气量从三相静止坐标系转换到两相旋转坐标系和零序坐标系，简化三相系统的数学模型和控制算法 。将 dq0 变换应用于三相 SAPF 的控制中，可有效提高谐波检测的准确性和控制策略的性能，实现对谐波和无功功率的高效补偿 。因此，开展基于 dq0 变换的三相并联有源电力滤波器研究，对于提升电网电能质量、保障电力系统可靠运行具有重要的理论意义和实际应用价值。

二、dq0 变换原理

三、三相并联有源电力滤波器系统结构

3.1 主电路拓扑结构

三相并联有源电力滤波器的主电路通常采用电压型 PWM 变流器结构 。该结构主要由直流侧电容、三相桥臂和交流侧滤波电感组成 。直流侧电容用于稳定直流母线电压，为变流器提供能量储备；三相桥臂由功率开关器件（如 IGBT）组成，通过控制功率开关器件的通断，产生与谐波和无功电流大小相等、方向相反的补偿电流；交流侧滤波电感用于滤除变流器输出电流中的高频谐波分量，使输出电流更接近正弦波 。

3.2 控制电路设计

控制电路是三相 SAPF 的核心部分，主要实现谐波检测、控制策略计算和驱动信号生成等功能 。基于 dq0 变换的控制电路，首先将采集到的三相电网电压和电流信号进行 dq0 变换，转换到 dq0 坐标系下；然后利用基于 dq0 变换的谐波检测算法计算出谐波电流和无功电流的指令信号；接着通过控制策略（如 PI 控制、滞环比较控制等）生成 PWM 驱动信号；最后将驱动信号送入功率开关器件的驱动电路，控制变流器输出补偿电流 。

四、基于 dq0 变换的三相 SAPF 控制策略

五、结论与展望

本研究深入探讨了基于 dq0 变换的三相并联有源电力滤波器，通过理论分析、仿真和实验，证明了该方法在谐波抑制和无功补偿方面的有效性和可行性 。基于 dq0 变换的谐波检测算法能够准确检测出谐波和无功电流，结合合适的控制策略，使三相 SAPF 能够快速、有效地补偿谐波和无功功率，显著提升电网电能质量 。

未来研究可以从以下几个方面展开：一是进一步优化基于 dq0 变换的控制策略，提高三相 SAPF 的动态响应速度和稳态性能，降低开关损耗；二是研究在不平衡电网条件下，基于 dq0 变换的三相 SAPF 的控制方法，增强其对复杂电网环境的适应性；三是探索将智能控制算法（如神经网络、模糊控制等）与 dq0 变换相结合，应用于三相 SAPF 的控制中，提升其智能化控制水平；四是开展三相 SAPF 与其他电能质量治理装置（如静止无功发生器等）的协调控制研究，实现更全面、高效的电能质量综合治理 。

⛳️ 运行结果

🔗 参考文献

[1] 罗宏亮.三相光伏并网发电系统若干关键技术研究[D].广西大学,2016.DOI:10.7666/d.Y3087705.

[2] 严肃.基于矩阵变换器的永磁同步电机控制系统研究[D].西南交通大学,2014.

[3] 黄佳林.基于模型预测控制的四桥臂有源电力滤波器研究[D].深圳大学,2022.

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