三相并联型有源电力滤波器APF仿真（电压外环电流内环均为PI控制），id-iq谐波检测方法，SVPWM调制方法。
最近在研究三相并联型有源电力滤波器APF的仿真，这玩意儿在改善电能质量方面可太重要了。今天就来跟大家唠唠我在仿真过程中用到的一些关键技术：电压外环电流内环均为PI控制，id - iq谐波检测方法，还有SVPWM调制方法。
一、id - iq谐波检测方法
这是APF中用来检测谐波电流的关键方法。简单来说，它是基于三相电路瞬时无功功率理论。我们先把三相静止坐标系下的电流$ia$、$ib$、$ic$通过Clark变换转化到两相静止坐标系$\alpha - \beta$下，得到$i{\alpha}$和$i_{\beta}$ 。
import numpy as np # Clark变换矩阵 C_clark = np.array([[1, -1/2, -1/2], [0, np.sqrt(3)/2, -np.sqrt(3)/2]]) # 假设三相电流 ia = np.array([1, 2, 3]) ib = np.array([4, 5, 6]) ic = np.array([7, 8, 9]) i_abc = np.vstack((ia, ib, ic)) i_alpha_beta = np.dot(C_clark, i_abc) print("经过Clark变换后的i_alpha和i_beta:", i_alpha_beta)代码里，我们用Python的numpy库构建了Clark变换矩阵，然后对假设的三相电流进行变换。接着，再通过Park变换将$\alpha - \beta$坐标系下的量转换到同步旋转坐标系$d - q$下，得到$id$和$iq$。这里面直流分量就对应基波有功电流，交流分量对应谐波电流等。通过低通滤波器提取出$id$和$iq$中的直流分量，再反变换回去就能得到三相谐波电流了。这一系列操作，能精准地把电网中的谐波电流给揪出来，为后续APF产生补偿电流做准备。
二、电压外环电流内环均为PI控制
在APF的控制策略里，电压外环和电流内环都采用PI控制，就像给APF装上了两个聪明的“调节器”。
电压外环的作用主要是维持直流侧电压的稳定。假设我们设定的直流侧电压为$V{dc}^$ ，实际测量的直流侧电压为$V{dc}$，两者的差值$\Delta V{dc} = V{dc}^- V{dc}$作为PI控制器的输入。PI控制器的输出是一个参考电流幅值$I{m}^*$。
# PI控制器参数 kp_voltage = 0.5 ki_voltage = 0.1 # 设定值和测量值 V_dc_star = 100 V_dc = 90 # 误差 delta_V_dc = V_dc_star - V_dc # 积分项 integral_voltage = 0 # PI控制器输出 I_m_star = kp_voltage * delta_V_dc + ki_voltage * integral_voltage print("电压外环PI控制器输出的参考电流幅值:", I_m_star)这里的代码模拟了电压外环PI控制的基本过程，根据电压差值和PI参数算出参考电流幅值。
三相并联型有源电力滤波器APF仿真（电压外环电流内环均为PI控制），id-iq谐波检测方法，SVPWM调制方法。
电流内环则是让APF输出的补偿电流能够快速跟踪参考电流。以$id$和$iq$的参考值$id^$、$iq^$与实际值$id$、$iq$的差值作为输入，经过PI控制后输出$ud$和$uq$，这两个量会参与到后续SVPWM调制中，从而控制逆变器的开关状态，产生合适的补偿电流。
三、SVPWM调制方法
SVPWM调制方法可是APF实现精准补偿的“神助攻”。它的基本思想是把逆变器和电机看成一个整体，通过合理地控制逆变器的开关状态，使电机定子磁链空间矢量接近圆形轨迹。
在三相逆变器中，有8种基本开关状态。我们以相邻的两个有效矢量和零矢量来合成期望的电压矢量。
# 假设一些参数用于SVPWM计算 T = 0.001 # 采样周期 V_dc = 311 # 直流侧电压 # 这里省略复杂的计算过程，只简单示意结果 t1 = 0.0002 t2 = 0.0003 t0 = T - t1 - t2 # 开关状态分配 # 根据t1、t2、t0的时间来确定各个功率器件的开关状态 # 这里不详细写开关状态分配代码通过这样的方式，能有效提高直流电压利用率，降低输出电流谐波，让APF输出的补偿电流更加精准地抵消电网中的谐波电流和无功电流，实现对电能质量的优化。
在三相并联型有源电力滤波器APF的仿真中，这几个关键技术就像紧密配合的团队成员，缺一不可，共同为改善电能质量发挥着重要作用。希望我的分享能给同样在研究这方面的小伙伴一些启发。
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