APF-matlab仿真建模要点.doc

电力电子系统建模与仿真学院：电气工程学院年级：2012级学号：12031236姓名：周琪俊指导老师：舒泽亮二极管钳位多电平APF电压平衡SPWM仿真报告1有源电力滤波器的发展及现状有源电力滤波器的发展最早可以追溯到20世纪60年代末，1969年B.M.Bird和J.F.Marsh发表的论文中，描述了通过向电网注入三次谐波电流来减少电源电流中的谐波成分，从而改善电源电流波形的新方法，这种方法是APF基本思想的萌芽。1971年日本的H.Sasaki和T.Machida首先提出APF的原始模型。1976年美国西屋电气公司的L.Gyugyi等提出了用PWM变流器构成的APF并确立了APF的概念。这些以PWM变流器构成的APF已成为当今APF的基本结构。但在70年代由于缺少大功率的快速器件，因此对APF的研究几乎没有超出实验室的范围。80年代以来，随着新型电力半导体器件的出现，脉宽调制的发展，以及H.Akagi的基于瞬时无功功率理论的谐波电流瞬时检测方法的提出，APF有了迅速发展。现在日本、美国、德国等工业发达国家APF已得到了高度重视和日益广泛的应用。由于理论研究起步较早，目前国外有源电力滤波器的研究已步入工业化应用阶段。随着容量的逐步提高，其应用范围也从补偿用户自身的谐波向改善整个电网供电质量的方向发展。有源电力滤波器的工业化应用对理论研究起了非常大的推动作用，新的理论研究成果不断出现。1976年美国西屋公司的L.Gyugyi率先研制出800kVA的有源电力滤波器。在此以后的几十年里，有源电力滤波器的实践应用得到快速发展。在一些国家，已经投入工业应用的有源电力滤波器容量已增加到50MVA。目前大部分国际知名的电气公司如西屋电气、三菱电机、西门子和梅兰日兰等都有相关的部门都已有相关的产品。我国在有源电力滤波器的研究方面起步较晚，直到20世纪80年代末才有论文发表。90年代以来一些高等院校和科研机构开始进行有源电力滤波器的研究。1991年12月由华北电科院、北京供电局和冶金部自动化研究所研制的国内第一台400V/50kVA的有源电力滤波器在北京某中心变电站投运，2001年华北电科院又将有源电力滤波器的容量提高到了10kV/480kVA。由中南大学和湖南大学研制的容量为500kVA并联混合型有源电力滤波器已在湖南娄底早元220kV变电站挂网运行。在近几年国内的有源电力滤波器产品已有很多应用，本文研制的两种APF都已应用于工业现场。2二极管箝位式多电平逆变器自从日本学者南波江章于1980年提出三电平中性点箝位逆变器以来，多电平逆变器的拓扑结构就受到人们的普遍关注，很多学者相继提出了一些实际应用性强的多电平电路结构，主要有箝位式、级联式、层叠式等多电平逆变器，其中箝位式又包含二极管箝位式、飞跨电容箝位式和混合箝位式等结构，本文研究的对象为二极管箝位式多电平逆变器。二极管箝位式多电平逆变器的显著特点是采用二极管对相应的开关管进行箝位，利用不同的开关状态组合得到不同的输出电压电平数。假定输出电压的电平数为m,相位数为n，则直流支撑电容的个数为m-1,开关管个数为2n(m-1)，箝位二极管的个数为2n(m-2)。以三相五电平为例，直流分压电容的个数为4，开关管的个数为24，箝位二极管的个数为18个。三相二极管箝位式五电平逆变器的主电路如图1-1所示。图1-1三相二极管箝位式五电平逆变器主电路对于多电平变换器来说，若其电平数为M，则它的直流侧需要（M-1）个分压电容，输出相电压的电平数为M，输出的线电压电平数为（2M-1）。二极管箝位位式三相五电平逆变器结构如图1-1所示。图1-1中E为直流侧电源，C1，C2，C3，C4为个直流侧箝位电容，把直流侧电压分为五个部分。图中S41、S42…S47、S48共8个IGBT串联组成一个桥臂，S51、S52…S57、S58这8个IGBT组成一个桥臂，S61、S62…S67、S68组成一个桥臂，这三个桥臂的中点引出变换器交流侧的三相电压。从图中可以看出三相五电平变换器电路的每一个桥臂有8个IGBT组成，这8个IGBT又可以分为4对对管，例如第一个桥臂中S41和S45，S42和S46，S43和S47，S44和S48。每一个对管中的两个IGBT不能同时导通，否则会造成短路，正常工作时对管的开关状态互补。下面以第一个桥臂为例研究变换器多电平输出时各个开关的状态。以表1-1为例，每一个桥臂输出分为V0，V1，V2，V3，V4时，对应的8个IGBT开关状态。表中“1”表示导通状态，“0”表示关断状态。表1-1输出电平电压和开关管的状态开关状态SV1SV2SV3SV4SV5SV6SV7SV8V000001111V100011110V200111100V301111000V4111100003多电平变换器的PW