基于三电平逆变器的有源滤波APF设计及Matlab/Simulink仿真-平芜编程栈

基于三电平逆变器的有源滤波APF设计 Matlab/simulink仿真(2018a及以上版本)，

在电力系统中，谐波问题一直是影响电能质量的重要因素。有源电力滤波器（APF）作为一种高效的谐波治理手段，受到了广泛关注。本文将探讨基于三电平逆变器的APF设计，并借助Matlab/Simulink（2018a及以上版本）进行仿真验证。

三电平逆变器原理

三电平逆变器相比传统两电平逆变器，具有输出谐波含量低、开关损耗小等优点。以二极管箝位型三电平逆变器为例，其拓扑结构包含直流侧电容、功率开关管以及箝位二极管。

基本拓扑结构代码示意（简化伪代码）

% 定义直流侧电容参数 C1 = 1e-3; % 电容1值 C2 = 1e-3; % 电容2值 % 定义开关管参数 S1 = 'IGBT'; % 开关管1类型 S2 = 'IGBT'; % 开关管2类型 % 以此类推定义其他开关管 % 定义箝位二极管参数 D1 = 'Diode'; % 箝位二极管1类型 D2 = 'Diode'; % 箝位二极管2类型 % 以此类推定义其他箝位二极管

这里通过简单的Matlab变量定义，来表示三电平逆变器拓扑结构中的关键元件参数。在实际应用中，这些参数的准确设定对于逆变器性能至关重要。

三电平逆变器通过控制不同开关管的通断状态，可以使输出电压在正电平、零电平和负电平之间切换，从而有效降低输出电压的谐波含量。

有源滤波APF设计

APF的核心功能是检测电网中的谐波电流，并产生与之大小相等、方向相反的补偿电流，注入电网以抵消谐波。

谐波检测算法代码示例（以瞬时无功功率理论为例）

function [ih] = harmonic_detection(id, iq, theta) % id, iq 分别为d、q轴电流分量 % theta 为电网电压相位角 % 计算瞬时有功和无功电流 ip = id * cos(theta) + iq * sin(theta); iq = -id * sin(theta) + iq * cos(theta); % 提取基波有功电流分量 ip_fundamental = low_pass_filter(ip); % 计算谐波电流分量 ih = [ip - ip_fundamental; iq]; end

上述代码实现了基于瞬时无功功率理论的谐波检测算法。通过对电网电流进行dq变换，分离出基波有功电流，进而得到谐波电流分量。lowpassfilter函数是自定义的低通滤波器，用于提取基波有功电流。

补偿电流生成与控制

在检测到谐波电流后，APF需要生成相应的补偿电流。这通常通过对三电平逆变器的控制来实现。常用的控制策略有滞环比较控制、空间矢量脉宽调制（SVPWM）等。

以SVPWM控制为例，其基本思想是通过合理选择逆变器的开关状态，合成期望的输出电压矢量。

function [S] = svpwm(u_ref, Vdc) % u_ref 为参考电压矢量 % Vdc 为直流侧电压 % 计算参考电压矢量的幅值和相位 U = norm(u_ref); theta = atan2(u_ref(2), u_ref(1)); % 确定所在扇区 sector = determine_sector(theta); % 计算各基本电压矢量作用时间 T1 = calculate_T1(U, theta, Vdc, sector); T2 = calculate_T2(U, theta, Vdc, sector); T0 = (1 - T1 - T2) / 2; % 生成开关状态序列 S = generate_S(T0, T1, T2, sector); end

这段代码展示了SVPWM控制算法的主要流程。首先确定参考电压矢量所在扇区，然后计算各基本电压矢量的作用时间，最后生成逆变器的开关状态序列。