中心议题：

• 以三相电路瞬时无功功率理论为基础，建立有源滤波器模型
• 应用MATLAB对其在某煤矿主提升机谐波治理方面的应用进行仿真验证

解决方案：

• 采用有源滤波器，可根据每个设备负载无功的变化进行动态补偿
• 谐波源模块是根据主提升机房实际谐波测试数据建成
• 在低通滤波器能完全滤出交流分量的前提下，选用的阶数应尽可能低，截止频率尽可能高

引言

以往在煤矿电网谐波治理方面，通常是并接无源滤波器组，对电网进行固定式补偿。由于提升机为短时循环工作制的负载，一个提升机循环分为加速、等速、减速和
休止几个工作状态，各阶段所需功率均不同，另外，许多分散设备的运行周期也有差异，而[url=]电容器[/url]组只能输出恒定无功功率，导致有时无功
不够，有时过补现象的产生。采用有源滤波器，可根据每个设备负载无功的变化进行动态补偿，使设备运行和电网始终处于最佳状态。

　　

有源滤波器包括三个部分：谐波检测、驱动电路和主电路。有源滤波器的关键是谐波电流的检测与补偿控制，本文以三相电路瞬时无功功率理论为基础，建立了有源
滤波器模型，并应用MATLAB对其在某煤矿主提升机谐波治理方面的应用进行了仿真验证。

　　
MATLAB仿真模型的建立
本文的设计使用了MATLAB的POWERLIB工具箱、DSP
工具箱和SIMULINK仿真模块,以建立该有源滤波器各部分的仿真模型。

　　
有源滤波器的仿真模型
该有源滤波器主要由谐波电流检测电路、驱动电路、主电路、电容器和[url=]变压器[/url]5大部分组成。变压器的设置主
要是为调节有源电力滤波器交流侧电压之用。其原理如图1所示。其中的谐波源模块是根据主提升机房实际谐波测试数据建成的。





　　图1 有源滤波器原理图


谐波检测电路的仿真模型
谐波检测电路如图2所示。





　　图2 谐波检测电路模型


该方法中，需要用到与a相电网电压ea同相位的正弦信号sin(wt)和对应的余弦信号-cos(wt)，它们由一个单相锁相环得到。

　　

因为APF要求实时性高，能随时跟踪谐波电流的变化，而低通滤波器是整个系统中决定实时性的一个重要因素。因此在选用LPF时，一定要兼顾动态响应速度与
截止频率，应遵从以下原则：在低通滤波器能完全滤出交流分量的前提下，选用的低通滤波器阶数应尽可能低，截止频率尽可能高。本文选用巴特沃斯LPF，其阶
数取为2，截止频率fc选为20Hz。

　　

由于基于ip、iq运算方式的谐波检测方法只有sin(wt)、cos(wt)参与计算，电压的谐波成分不参与计算，因此，无论电网电压是否畸变，本方法
都能有效地检测出谐波电流。这也是该方法优于基于p、q运算方式的谐波检测方法的一个原因。

　　

该方法电路简单，但是对硬件的精度要求很高，为了降低对硬件精度的要求，提高系统的稳定性和控制精度，可在LPF后增加PI调节器。
　　
驱动电路的仿真模型

由于并联型有源滤波器产生的补偿电流应实时跟随其指令电流信号的变化，要求补偿电流发生器有很好的实时性，因此，电流控制采用跟踪型PWM控制方式。目前
跟踪型PWM控制的方法主要有两种，即瞬时值比较方式和三角波比较方式。本文采用三角波比较方式。