有源电力滤波器补偿控制策略的研究.pdf

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1、·44·内燃机与配件有源电力滤波器补偿控制策略的研究李合欣;杜红亮;王延波（山东省产品质量检验研究院，济南250102）摘要:有源电力滤波器的控制系统对滤波器性能来说起着非常关键的作用。在对有源电力滤波器传统控制策略研究的基础上，提出空间电压矢量PWM控制方式，并引入直流侧电容电压反馈环节，该方法与传统的控制方法相比，具有直流侧电压利用率高、开关频率低、适合数字化控制、补偿精度较高等优点。通过MATLAB对该控制方法进行仿真，仿真结果验证了空间矢量补偿电流控制策方法具有更好的补偿效果。关键词:有源电力

2、滤波器；空间电压矢量PWM控制；直流侧电容电压反馈；MATLAB0引言空间电压矢量PWM（SVPWM）控制策略是根据变流理想条件下。但是在现实条件下谐波电流变器空间电压矢量切换来控制变流器的一种新颖思路的控制方法。在初始阶段，这种方法只适用于电机应用领域。随化频繁，不建议直接通过对U进行求解，应在采样时着技术的改进，如今已成为适用范围更广泛的一种PWM刻k，对a，b，c三相电流进行离散化，技术。它将三相整流器件视为一个整体，按参数要求对最接近参考矢量的三个开关矢量组合的作用时间进行调控，（2）以确保单

3、个控制周期的开关矢量输出的平均效果与参考矢量一致。这种方法输出电压基波分量大，平衡度好，输出（其中x=a，b，c。Ts为PWM的开关周期）。电流谐波小，并且直流电压能够得到充分利用，更容易实用当前采样时刻下得补偿电流的指令信号ira、irb、irc和现数字化控制。同一时刻下的有源电力滤波器主电路产生的补偿电流1有源电力滤波器(APF)的拓扑结构ima、imb、imc分别代替ixk和ix（k-1）。则式（2）经变换可得：对于电压型的有源电力滤波器，其主电路采用的是一[1-2]个电压型变流器。如图1所示。

4、（3）上式参考电压经αβ变换后可得：（4）图1三相三线制电压型有源电力滤波器的主电路2基于SVPWM技术的APF补偿控制方法2.2空间电压矢量的合成2.1计算逆变器参考电压（逆变器的输出电压）的α三相VSR空间电压矢量由两条零矢量与对称均匀地分量和β分量分布在αβ平面上的六条非零矢量组成。这八条空间电压在图1所示的并联型有源电力滤波器中，检测电路时矢量能够合成任意一个给定的空间电压矢量Uref（详见图发现电路中存在电流信号，必须将该信号转换为电压信号2）。[3-4]才能应用空间矢量原理。假设我们将滤波

5、器的电阻直接如果Uref在I区时，依据平行四边形法则，U1、U2和U0.7忽略，则：可以一起合成Uref（5）式中T1、T2—矢量在一个开关周期中的持续时间；Ts—（1）PWM开关周期。令零矢量U0.7的持续时间为T0.7，则：InternalCombustionEngine&Parts·45·因此，在k已知后，式（9）的所有系数都可以写成常数形式，所以计算各开关矢量的作用时间非常方便。在确定了扇区、相邻基本空间电压矢量的作用时间后，合理选择开关函数的状态变化，保证开关函数的状态每次只改变一次。如果U

6、ref位于扇区I时，其开关状态变化顺序为：（1，1，1）→（1，1，0）→（1，0，0）→（0，0，0）→（1，0，0）→（1，1，0）→（1，1，1）合成方法如图3所示，对应的开关函数波形为：图2电压矢量示意图（6）令Uref与U1间的夹角为θ，由正弦定律算得：（7）图3开关函数波形联立上两式便得到U1、U2以及零矢量的作用时间：[9-12]2.4直流侧电压控制对于电压型APF来说，直流侧电压的利用率比较高，所以除了要使APF输出端的补偿电流能搞跟踪指令电流[6]的变化，还需使主电路直流侧电压保持稳

7、定。（8）2.3判断逆变器参考电压矢量所在的扇区及T1、T2、T0.7的求取分析Uα、Uβ在αβ平面上不同扇区中的位置关系，可[1]得出如下规律：图4包含直流侧电压控制环节的指令电流运算电路表1参考电压矢量扇区位置的判断条件对直流侧电压Uc的控制是由图4指令电流运算电路中点划线框内的部分结合补偿电流发生电路实现的。图中Ucf是Uc的反馈值，Ucr是Uc的给定值，两者之差经PI调节后得到调节信号，这个调节信号与瞬时有功电流的直流*分量軃i相叠加，经运算就包含在指令电流i中。补偿电流pc*发生电路根据ic

8、产生补偿电流ic注入电网，使得有源电力经过对参考电压矢量位于不同扇区的求解，可以得到滤波器的补偿电流中包含一定的基波有功电流分量，从而开关矢量作用时间的计算公式。使有源电力滤波器的直流侧与交流侧交换能量，将Uc调[7]节到给定值3空间电压矢量控制模型及仿真分析[5-7]空间电压矢量控制方法的模型如图5所示。仿真结果如图6所示。从仿真结果可以看出空间电压矢量控制方法的电流畸变率很小，能够更能很好地补偿谐波电流。图7为此控制方法下的直流侧电压的动态响应曲线。