仿真运算法设计有源滤波器

1 引言电力电子产品广泛应用于工业控制领域，并且用户对电能质量要求越来越高，其中最为突出的是电压质量和谐波问题。

因此，如何提高电压质量、治理谐波就成为输配电技术中最为迫切的问题之一。

低成本的无源滤波器PF(Passive Filter)是目前普遍采用的补偿方法，但其滤波效果与系统运行参数密切相关，在特定情况下无源滤波器还可能与系统发生谐振。

80年代以来，利用功率开关的有源电力滤波器APF(Active Power Filter)的研究越来越引起人们关注。

APF是一种用于动态谐波抑制、无功补偿的新型电力电子装置，但是由于电源电压直接加在逆变桥上，其对开关器件电压等级要求较高；当负载谐波电流大时，有源滤波装置的容量也相应较大；对于高于有源滤波器开关频率的谐波也无法通过有源滤波器滤除，因此同时具有较大的补偿容量和较宽的补偿频带较为困难。

将APF与PF相结合，合理分担补偿需求，可使APF容量减小。

混合型补偿方案的基本原理就是将常规型APF上承受的基波电压移去，使有源装置只承受谐波电压，从而可显著降低有源装置的容量，充分发挥PF的高耐压、大容量、易实现等特点以及APF所具有的宽谐波抑制范围和自动跟踪等优势。

2 无源滤波器用于谐波治理的传统方式为并联无源LC滤波器，选定R、L、C的参数，使滤波网络在一定的谐波信号频率处产生谐振，从而达到抑制谐波的目的。

无源滤波器主要可以分为两大类：调谐滤波器和高通滤波器。

调谐滤波器实际应用较多的是单调谐滤波器，它是利用电感、电容的串联谐振原理构成的。

3 有源滤波器有源滤波器的基本原理是从补偿对象中检测出谐波电流，由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等而极性相反的补偿电流，从而使电网中只含有基波分量，达到实时补偿电流的目的。

如果要求有源滤波器在补偿谐波的同时，还补偿负载的无功，则只要在补偿电流的指令信号中增加与负载电流无功分量反极性的成分即可。

这种滤波器可对频率和大小都随时间变化的谐波以及变化的无功功率进行迅速动态跟踪补偿。

基于MATLAB的有源滤波器的设计与仿真对并联型有源电力滤波器的控制方法进行研究，应用MATLAB软件建立了仿真模型，利用SimPower工具箱谐波电流检测方法进行建模和仿真。

在simulink 环境下，对提出的定时比较控制方法和并联型APF抑制谐波效果进行了仿真实验。

标签：MATLAB；有源电力滤波器；仿真近年来，电力电子技术发展的越来越快，其发展的重大障碍是电力电子装置的谐波污染问题。

目前在主要采用被动型谐波抑制方案来抑制谐波，本文对并联型有源电力滤波器进行研究，应用MATLAB软件建立了仿真模型。

1 有源电力滤波器(APF)有源电力滤波器一般可分为：并联型APF、串联型APF和串并联混合型APF,其一般由检测回路，控制回路和主电路构成，理论上讲，有源滤波器可以对任意谐波电流进行补偿，并联有源滤波器其与系统相并联，可等效为一受控电流源，通过适当控制APF可产生与负载谐波大小相等、方向相反的谐波电流，从而将电源侧电流补偿为正弦波[1]。

2 并联有源滤波器2.1 谐波电流检测原理及仿真模型设立谐波电流检测利用ip、iq运算方式，该方法用一锁相环和一正、余弦发生电路得到与电源电压同相位的正弦信号sin wt和对应的余弦信号-cos wt，这两个信号与ia、ib、ic一起计算出有功分量电流ip和iq无功分量电流，经低通滤波器LPF滤波得出ip、iq的直流分量ip、iq对应于三相电流中的基波正序分量，再经过2/3 变换，得到三相电流基波正序分量[2]。

负载电流发生模块source，三项/两项变换模块C32，运算模块C，两项/三项变换模块C23以及低通滤波器构成了其主要的仿真模型[3]，其中各模块所需元件可在simulink模块库中找到，比如交流电源，电压、电流测量模块，RLC 串联电路，电感元件，三相桥式整流器。

图1 ip、iq运算方式检测谐波电流的整体仿真模型2.2 三项并联型有源电力滤波器仿真图2 三项并联型有源电力滤波器仿真2.3 仿真结果谐波检测电路采用基于瞬时无功功率理论的ip、iq检测法的工作原理，使用MATLAB中SIMULIINK仿真模块。

一阶有源运放高通滤波器仿真multisim
在Multisim软件中仿真一阶有源运放高通滤波器可以按照以下步骤进行：
1.打开Multisim软件，并选择“新建”开始一个新的电路设计。

2.在组件库中找到并添加所需的元件，包括一个有源运放、电阻和电容。

3.连接电阻和电容以形成一个一阶高通滤波器的RC网络。

4.将有源运放与RC网络连接，确保输入连接到运放的非反馈输入端，输出连接到运放的输出端。

同时，将运放与电阻连接以形成负反馈。

5.设置电容和电阻的合适数值，以满足所需的滤波器截止频率。

6.为了进行仿真操作，添加一个信号源以提供输入信号。

可以选择一个交流电压源作为输入信号源。

7.添加一个示波器来查看输出信号。

8.进行仿真，观察输入信号和输出信号的频率响应。

9.对于进一步的优化和调整，可以更改电路中的元件值，以实现所需的滤波器特性。

请注意，在实际设计和应用中，还需要考虑其他因素，如功耗、稳定性等。

以上步骤可以作为一个起点，进行基本的滤波器设计和仿真。

!"!#$%&’(#)*&%"+电子世界,--,年第.期!"!#$%&’(#)*&%"+相约单片机!"#############################################################集中参数#$有源滤波器的传统人工设计方法在设计时颇费工夫，由于情况的复杂性，往往所得的滤波器的元件数目并不是最节省的，其特性也并不是最理想的。

本文所述的设计方法，是直接从工程上预给的特性要求出发，由计算机按一定的步骤自动地准确地给出，能满足工程要求的集中参数#$有源滤波器的特性及元件的数值。

由于可进行计算机的频率扫描仿真，根据仿真描绘出来的频率响应曲线，可随时对不满意的参数进行修改，屏幕立即显示出新的频率响应曲线，不断地重复该过程直到满意时为止。

这样，设计的结果非常直观，得出的滤波器的元件数目最少、特性最理想，而所费的工夫却很少。

该方法是在假设滤波器中的元器件为理想的情况下（即假设电阻#为纯电阻、电容$为纯电容、运算放大器为理想的放大器）进行设计的，因此在实际工作频率太高时，设计误差可能过大。

如果选择的运算放大器其最高工作频率远远大于实际工作频率，则在设计工作频率为%&’(以下的滤波器时，一般情况下其工作误差均能够满足实际工程的需要。

集中参数#$有源滤波器可分为低通、高通和带通三类。

因受篇幅限制，本文以#$有源低通滤波器为主对计算机仿真设计方法作一介绍。

!"要求设计人员根据计算机屏幕显示的汉字菜单提示，向计算机输入设计参数：包括频点)*的频率值、频点)*处的衰减值、通带外每倍频程的衰减值、计算机仿真时扫描的频率范围)+到),。

#"功能（%）以两种方式显示有源低通滤波器的仿真频率响应曲线：+-横向频率坐标以线性方式标注，纵向衰减坐标看左侧的标示，%./表示无穷大；,-横向频率坐标以对数方式标注，纵向衰减坐标看右侧的标示。

电力有源滤波器的电路仿真1 引言由于各种用电设备的使用，使得供电网出现了功率因数低、电压不稳、三相不平衡和谐波等问题。

这些问题的总体表现是电网波形的畸变。

理论上，采用有源滤波器可以补偿电网中的任何畸变，但采用电力电子器件构成的电力有源滤波器存在生产成本及运行成本高的问题。

因此在我们开发设计的补偿系统中采用了无源加有源的混合方式。

在这种方式中无源部份采用电力电容作为执行器件，对电网中的大部份无功进行补偿。

有源部份则用于需要快速补偿的部份无功及谐波等。

这样我们可用功率较小的电力电子器件构成有源滤波器加上无源补偿部份对电网畸变进行较为理想的补偿。

在我们的设计中，主电力电子器件采用了igbt，在混合补偿方案中，由于igbt的高价格及高运行成本故不希望采用大功率的igbt，因此在混合补偿方案中，将小功率器件igbt运用于大功率电源系统中如何保护器件显得尤其重要。

本文介绍了一种电力有源滤波器电路，重点对流过igbt的电流进行了仿真研究。

2 电力有源滤波器电路2.1 电路图1为电力有源滤波器仿真电路。

图2为pwm信号形成及控制电路。

图1 电力有源滤波器仿真电路fig1 the simulation circuit of apf2.2 电路说明在图1中，s1～s6为压控开关其与d1～d6构成6单元的igbt模块，la,lb,lc为输出电感，c3～c5为滤波电容，rla,rlb,rlc为三相负载，r1～r3用于检测流过igbt 的电流。

hb1～hb3为子电路用于产生对称pwm控制信号去控制对应的igbt上下桥臂。

图2为三个子电路之一。

v2，v3用于模拟控制信号，v1产生三角波,table相当于一个电压比较器。

e1与e2相当于运放，e1为同相放大，e2为反相放大，e1，e2放大倍数均为1。

图2 pwm信号形成及控制电路fig2 pwm signal forming and controlling circuit3 电路仿真3.1 子电路工作仿真见图 2 子电路电路参数分别为：v2幅度0.9v,频率50赫芝,相位180度，即；v1正负幅度为1v,频率10khz。

有源低通滤波器的设计和仿真分析有源低通滤波器是一种常用的电路，它可以将输入信号的高频成分滤除，只保留低频成分。

设计和仿真分析有源低通滤波器的过程包括以下几个步骤：确定滤波器的参数、选择放大器和电容、计算元件值、搭建电路并进行仿真分析。

本文将详细介绍这些步骤。

首先，确定滤波器的参数。

有源低通滤波器的参数包括截止频率f_c和增益增益增益A。

截止频率是指在这个频率以下，滤波器的输出信号的幅度将削减到输入信号的70.7%。

增益A是指在截止频率以下，滤波器的输出信号相对于输入信号的幅度增益。

接下来，选择放大器和电容。

放大器是有源低通滤波器的核心组件，它可以提供放大和滤波功能。

常用的放大器有运算放大器，电容可以用来构建滤波器的频率响应曲线。

然后，计算元件值。

根据滤波器的参数和放大器的特性，可以计算出电容的值。

通过选择不同的电容值可以调整滤波器的截止频率和增益。

同时，还需要根据放大器的供电电压和输入信号的幅度来选择合适的放大器。

最后，搭建电路并进行仿真分析。

根据前面计算得到的元件值，搭建有源低通滤波器的电路，并利用电路仿真软件进行分析。

通过观察电路的频率响应曲线和输出信号的波形，可以评估滤波器的性能。

需要注意的是，在设计和仿真分析有源低通滤波器时，还需要考虑一些其他因素。

例如，放大器的输入和输出阻抗、电源噪声、非线性失真等。

这些因素会对滤波器的性能产生影响，因此需要进行综合考虑。

总的来说，有源低通滤波器的设计和仿真分析是一个相对复杂的过程，需要综合考虑多个因素。

但通过合理的参数选择、元件值计算和电路搭建，可以设计出满足要求的有源低通滤波器。

并通过仿真分析评估滤波器的性能，以指导实际应用。