第 43 卷 第 1 期 015 年 月 福 州 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ) JournalofFuzhouniversity(NaturalScienceEdition) Vol.43No.1 Feb.015 DOI:10.731/isn.1000-43.015.01.001 文 章 编 号 :1000-43(015)01-001-07 三 相 四 开 关 并 联 型 有 源 电 力 滤 波 器 控 制 策 略 研 究 陈 弘 哲, 齐 虹, 陈 冲, 陈 东 毅, 卢 冠 达 ( 福 州 大 学 电 气 工 程 与 自 动 化 学 院, 福 建 福 州 35011) 摘 要 : 提 出 将 改 进 的 七 段 式 SVPWM 算 法 运 用 于 三 相 四 开 关 并 联 型 有 源 电 力 滤 波 器 (TFSSAPF), 并 设 计 比 例 积 分 和 快 速 重 复 控 制 并 联 的 指 令 电 流 控 制 系 统. 文 中 SVPWM 算 法 在 传 统 clark 变 换 基 础 上, 基 本 电 压 空 间 矢 量 通 过 坐 标 旋 转 方 法 使 之 与 两 相 静 止 坐 标 系 的 坐 标 轴 相 重 合, 简 化 了 参 考 电 压 矢 量 扇 区 判 断 和 合 成 参 考 矢 量 的 相 邻 矢 量 作 用 时 间 的 计 算 量. 仿 真 结 果 证 明 该 SVPWM 算 法 的 有 效 性 和 正 确 性, 所 设 计 的 指 令 电 流 控 制 系 统 能 优 化 APF 补 偿 效 果. 关 键 词 : 有 源 电 力 滤 波 器 ; 三 相 四 开 关 ; 空 间 矢 量 脉 宽 调 制 ; 比 例 积 分 ; 重 复 控 制 中 图 分 类 号 :TM4 文 献 标 识 码 :A Researchoncontrolstrategyofthree-phasefour-switchshuntactivepowerfilter CHENHongzhe,QIHong,CHENChong,CHENDongyi,LGuanda (ColegeofElectricalEngineeringandAutomation,Fuzhouniversity,Fuzhou,Fujian35011,China) Abstract:Thispaperpresentstheimprovedseven-segmentSVPWM algorithmusedinthree-phase four-switchshuntactivepowerfilter(tfssapf),andthedesignoftheinsturctioncurentcontrol systemwithproportionalintegralandfastrepeatcontrolinparalel.inthispapersvpwmalgorithma doptsthecoordinaterotationmethodonthebasisofthetraditonalclarktransform,soastomakethe basicvoltagespacevectorcoincidewiththetwo-phasestationaryaxesofthecoordinatesystem,sim plifiesthecalculationofjudgementofreferencevoltagevectorsectorandactingtimeofsyntheticvec tor.thesimulationresultsprovethevalidityandcorectnesofsvpwmalgorithm,andtheinstruction curentcontrolsystemoptimizesthecompensationefectofactivepowerfilter. Keywords:activepowerfilter;three-phasefour-switch;SVPWM;proportional-integral;repeat control 0 引 言 由 于 非 线 性 电 力 负 荷 的 广 泛 应 用, 非 线 性 负 载 产 生 的 谐 波 电 流 注 入 电 网, 影 响 电 力 系 统 安 全 和 电 能 质 量, 增 加 了 电 网 损 耗, 同 时 对 其 它 用 电 设 备 也 造 成 了 干 扰. 有 源 电 力 滤 波 器 (activepowerfilter,apf) 在 传 统 的 谐 波 治 理 装 置 中 被 认 为 是 谐 波 治 理 无 功 补 偿 改 善 电 能 质 量 最 有 效 的 装 置 之 一 [1]. 本 研 究 将 三 相 四 开 关 逆 变 器 运 用 于 APF 中, 由 于 电 力 开 关 管 的 减 少, 有 效 降 低 APF 的 成 本, 简 化 了 APF 中 驱 动 电 路 的 控 制 算 法, 具 有 较 高 的 研 究 与 实 际 应 用 价 值. 通 过 研 究 三 相 四 开 关 并 联 型 有 源 电 力 滤 波 器 (three-phasefour-switchshuntactivepowerfilter,tfs SAPF) 的 拓 扑 结 构, 分 析 四 开 关 逆 变 器 输 出 三 相 对 称 电 压 的 基 本 工 作 原 理. 在 传 统 三 相 四 开 关 逆 变 器 SVPWM 调 制 算 法 的 基 础 上, 通 过 逆 时 针 旋 转 坐 标 轴 10 的 方 式 使 基 本 输 出 电 压 空 间 矢 量 与 α β 坐 标 轴 重 合, 简 化 了 参 考 电 压 矢 量 的 扇 区 判 断 和 合 成 参 考 电 压 矢 量 的 相 邻 两 个 矢 量 作 用 时 间 计 算 量. 四 开 关 逆 变 器 只 有 四 种 不 同 的 开 关 状 态, 因 此 对 应 4 个 基 本 电 压 矢 量, 缺 少 零 矢 量, 文 献 [] 通 过 施 加 个 相 反 方 向 电 压 矢 量 0 与 作 用 相 同 时 间 内 来 等 效 零 矢 量 的 作 用, 依 靠 构 成 零 矢 量 的 0 和 两 个 向 量 来 平 均 收 稿 日 期 :013-09-3 通 讯 作 者 : 齐 虹 (191-), 教 授, 主 要 从 事 非 线 性 控 制 电 力 系 统 检 测 与 控 制 等 研 究,qihong@fzu.edu.cn 基 金 项 目 : 福 建 省 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 (01J0159)
福 州 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ) 第 43 卷 分 配 一 个 周 期 内 的 剩 余 时 间, 解 决 了 四 开 关 SVPWM 算 法 中 没 有 零 矢 量 的 问 题. 文 献 [3] 采 用 的 是 五 段 式 SVPWM 调 制 算 法, 在 一 个 调 制 周 期 内, 同 一 个 桥 臂 上 的 电 力 开 关 管 开 关 次, 电 力 开 关 管 频 繁 开 断 会 导 致 电 力 开 关 管 损 耗 变 大. 将 七 段 式 SVPWM 调 制 算 法 运 用 于 TFSSAPF, 有 效 地 减 少 电 力 开 关 管 的 开 关 次 数, 降 低 电 网 中 负 载 电 流 的 畸 变 率. 文 献 [4] 将 广 义 比 例 积 分 控 制 器 和 重 复 控 制 器 运 用 于 APF 上, 重 复 控 制 器 有 效 抑 制 了 周 期 性 的 谐 波, 而 广 义 比 例 积 分 控 制 器 能 够 快 速 响 应 与 控 制 较 大 电 流 误 差, 最 终 实 现 了 输 出 电 流 补 偿 信 号 能 够 无 差 地 实 时 跟 踪 参 考 电 流 信 号. 本 研 究 将 比 例 积 分 控 制 与 快 速 重 复 控 制 并 联 的 控 制 系 统, 充 分 发 挥 比 例 积 分 控 制 器 与 快 速 重 复 控 制 器 的 各 自 优 点, 可 以 同 时 消 除 系 统 稳 态 误 差 和 改 善 系 统 稳 定 性, 提 高 了 TFSSAPF 的 补 偿 效 果, 有 效 降 低 负 载 电 流 的 畸 变 率. 1 TFSSAPF 的 电 路 拓 扑 结 构 分 析 所 研 究 的 TFSSAPF 的 电 路 拓 扑 结 构 如 图 1 所 示. 其 中, 三 相 四 开 关 APF 和 三 相 六 开 关 APF 的 主 要 区 别 在 于 减 少 了 C 相 这 一 对 电 力 开 关 管 和 续 流 二 极 管, 直 流 侧 由 两 个 等 值 的 电 容 组 成, 并 且 C 相 直 接 接 到 两 电 容 之 间 [5]. S 1 +S 3 =1 图 1 中,S 1 与 S 3,S 与 S 4 电 力 开 关 管 之 间 的 开 关 信 号 为 互 补 关 系, 即 { S +S 4 =1.S a 和 S b 分 别 表 示 a 相 和 b 相 的 开 关 信 号 ( 其 中 1 表 示 该 相 桥 臂 上 开 关 闭 合 下 开 关 断 开 ; 0 则 表 示 该 相 桥 臂 上 开 关 断 开 下 开 关 闭 合 ). 四 种 开 关 模 式 下,a,b,c 三 相 的 相 电 压 如 表 1 所 示, 图 为 在 四 种 开 关 模 式 下 的 电 路 拓 扑 分 析 图. 图 1 TFSSAPF 电 路 拓 扑 结 构 Fig.1 TFSSAPFcircuittopology 图 四 种 开 关 模 式 Fig. Fourkindsofswitch-mode 表 1 四 种 开 关 模 式 下 的 电 压 值 Tab.1 Voltagevalueinfourswitchmode 开 关 模 式 S a S b S 1 S S 3 S 4 an bn ab 1 0 0 0 0 1 1 - - 0 0 1 0 1 1 0 - - dt 3 1 1 1 1 0 0 0 4 1 0 1 0 0 1 - 常 规 的 六 开 关 逆 变 器 的 8 种 开 关 状 态 形 成 个 非 零 矢 量 和 个 零 矢 量, 可 通 过 施 加 零 矢 量 来 补 足 时
第 1 期 陈 弘 哲, 等 : 三 相 四 开 关 并 联 型 有 源 电 力 滤 波 器 控 制 策 略 的 研 究 3 间 T 0. 但 是 三 相 四 开 关 并 联 型 APF 的 C 相 始 终 与 逆 变 器 直 流 侧 的 两 个 电 容 的 中 点 相 连, 无 法 对 其 进 行 开 关 控 制 [5]. 所 以 三 相 四 开 关 逆 变 器 不 能 采 用 传 统 的 三 相 六 开 关 逆 变 器 SVPWM 调 制 算 法. TFSSAPF 的 空 间 矢 量 分 析 为 使 TFSSAPF 的 空 间 矢 量 分 析 更 加 方 便, 不 考 虑 直 流 侧 电 容 电 压 脉 动 的 情 况, 恒 为 C1 = C = /. 每 相 桥 臂 的 开 关 器 件 均 为 理 想 的 电 力 开 关 管. 以 往 的 三 相 四 开 关 逆 变 器 的 SVPWM 调 制 算 法, 就 是 把 三 相 的 相 电 压 经 过 传 统 clark 变 换 成 如 图 3 的 电 压 空 间 矢 量 分 布 图. ( α ) β an = 1-1 -1 3 bn 0 槡 3 - 槡 3 cn 如 果 利 用 传 统 的 clark 变 换 得 出 参 考 电 压 矢 量, 通 过 选 取 3 或 4 个 基 本 矢 量 等 组 合 方 式 来 合 成 参 考 电 压 矢 量, 这 就 要 求 分 别 求 出 4 个 基 本 矢 量 所 作 用 的 时 间, 再 对 SVPWM 中 的 扇 区 判 断 和 合 成 参 考 电 压 矢 量 的 3 个 矢 量 的 作 用 时 间 进 行 计 算. 这 些 运 算 涉 及 到 大 量 无 理 数 和 三 角 函 数 运 算, 运 算 量 较 大, 影 响 整 个 控 制 电 路 的 控 制 效 果 [-7]. 由 于 从 图 3 和 公 式 (1) 可 以 计 算 出 1 与 α 轴 存 在 10 夹 角, 通 过 坐 标 旋 转 公 式 () 对 原 来 空 间 电 压 矢 量 的 坐 标 逆 时 针 旋 转 10, 使 1 与 α 轴 重 合 ( 图 4). 这 样 扇 区 的 判 断 只 需 要 判 断 α 和 β 的 正 负 性 即 可 判 断 出 扇 区, 减 少 了 求 解 相 邻 矢 量 作 用 时 间 的 运 算 量. ( α ) = cos10 -sin10 sin10 cos10 β ( ) ( α ) 与 三 相 六 开 关 逆 变 器 的 基 本 电 压 空 间 矢 量 相 比 较, 由 图 4 和 表 可 知 : 1) 三 相 四 开 关 逆 变 器 在 α,β 平 面 上 有 4 个 相 角 差 90 的 基 本 电 压 空 间 矢 量, 不 存 在 零 矢 量 ; )4 个 基 本 的 电 压 空 间 矢 量 的 模 值 不 全 相 等, 满 足 : 槡 3 1 = 槡 3 3 = = 4 ; 3) 1 与 3 模 值 相 等 且 方 向 相 反, 与 4 也 具 有 相 同 的 关 系. β (1) () 图 3 传 统 的 电 压 空 间 矢 量 分 布 图 Fig.3 Traditionalvoltagespacevectormaps 图 4 坐 标 旋 转 10 的 电 压 空 间 矢 量 分 布 图 Fig.4 Voltagespacevectormapsaftercoordinaterotationof10 表 坐 标 旋 转 10 的 基 本 电 压 空 间 矢 量 与 开 关 模 式 对 应 表 Tab. Thebasicvoltagespacevectorincorrespondingswitchmodeaftercoordinaterotationof10 开 关 模 式 S a S b s = α +j β 开 关 模 式 S a S b s = α +j β 1 0 0 /3 1 0 e jπ 槡 /3 3 1 1 - /3 4 0 1 e j3π 槡 /3
4 福 州 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ) 第 43 卷 3 TFSSAPF 的 SVPWM 调 制 算 法 传 统 的 扇 区 判 断 方 法 是 构 造 t 13 =t 1 -t 3 和 t 4 =t -t 4, 其 中,t 1,t,t 3,t 4 (t 1 +t +t 3 +t 4 = T s ) 分 别 表 示 每 个 基 本 电 压 矢 量 作 用 时 间, 通 过 判 断 t 13 和 t 4 的 正 负 性 来 判 断 参 考 矢 量 所 处 的 扇 区, 这 种 方 法 求 出 t 1,t,t 3,t 4 的 运 算 较 为 复 杂, 带 来 较 大 的 运 算 量 [8-10]. 通 过 坐 标 旋 转 后, 只 需 判 断 α 和 β 的 正 负 性 即 可 判 断 出 扇 区, 如 表 3 所 示. 假 设 ref 位 于 第 二 扇 区, 便 可 以 用 与 之 相 邻 的 1 和 来 合 成, 1 和 作 用 时 间 可 以 分 别 表 示 为 : 表 3 坐 标 旋 转 后 的 电 压 空 间 矢 量 扇 区 的 判 断 方 法 Tab.3 Thedeterminationofvoltagespacevector sectoraftercoordinaterotation 扇 区 判 断 坐 标 旋 转 后 的 方 法 1 α >0, β >0 α 0, β >0 3 α 0, β 0 4 α >0, β 0 T 1 =3 α T s /, T = 槡 3 β T s /, T 0 =T s -T 1 -T (3) 当 ref 位 于 图 4 中 其 他 扇 区 时, 可 以 按 照 同 样 的 分 析 方 法, 依 次 求 出 各 个 扇 区 所 对 应 的 T 0 T 1 T. 三 相 四 开 关 逆 变 器 中 不 存 在 零 矢 量, 因 此 可 以 利 用 个 相 反 方 向 电 压 矢 量 通 过 作 用 相 同 的 时 间 来 等 效 零 矢 量 的 作 用. 一 般 情 况 下, 选 用 模 值 最 小 的 个 电 压 空 间 矢 量 去 合 成 零 矢 量, 因 此, 选 用 1 与 3 作 用 相 同 时 间 来 替 代 等 效 的 零 矢 量 作 用. 传 统 的 五 段 式 四 开 关 SVPWM 算 法 在 一 个 调 制 周 期 内, 同 一 桥 臂 上 电 力 开 关 管 的 开 关 状 态 通 常 要 开 关 次, 这 样 会 导 致 四 开 关 逆 变 器 中 的 电 力 开 关 管 频 繁 开 断, 电 力 开 关 管 频 繁 开 断 会 使 电 力 开 关 管 损 耗 增 大, 缩 短 了 电 力 开 关 管 的 使 用 年 限, 可 能 会 带 来 谐 波 的 影 响. 七 段 式 SVPWM 开 关 模 式 的 分 配 原 则 : 在 一 个 调 制 周 期 中, 以 0 开 始 并 以 其 结 束 ; 同 一 桥 臂 上 电 力 开 关 管 的 开 关 状 态 只 开 关 1 次, 将 两 个 特 定 的 矢 量 的 作 用 时 间 平 均 分 成 两 部 分, 从 而 产 生 对 称 的 PWM 波 形, 所 以 得 到 每 一 扇 区 内 七 段 式 四 开 关 SVPWM 波 形 如 图 5 表 示. 从 上 述 的 七 段 式 SVPWM 开 关 模 式 中, 一 个 调 制 周 期 内, 同 一 桥 臂 上 电 力 开 关 管 只 开 关 一 次 的 原 则 上 看, 能 够 有 效 地 减 少 电 力 开 关 管 的 开 关 次 数, 降 低 了 电 力 开 关 管 的 开 关 损 耗. 综 上 所 述, 经 过 TFSSAPF 的 检 测 环 节 可 以 检 测 出 电 网 中 需 补 偿 的 谐 波 电 流, 经 过 上 述 的 七 段 式 SVPWM 调 制 算 法, 可 以 使 三 相 四 开 关 逆 变 器 产 生 需 补 偿 的 反 相 的 三 相 谐 波 电 流, 并 注 入 电 网 以 达 到 消 除 谐 波 的 目 的. 4 指 令 电 流 控 制 系 统 的 设 计 图 5 四 开 关 七 段 式 SVPWM 波 形 图 Fig.5 Seven-segmentSVPWM waveformdiagram PI 控 制 器 保 证 系 统 输 出 能 够 无 差 地 跟 踪 给 定 信 号, 传 统 PI 控 制 传 递 函 数 如 式 (4) 所 示. G tf =K P + K I (4) s 式 中 :K p 为 PI 控 制 器 的 增 益 系 数,K I 为 积 分 常 数. 当 参 考 信 号 为 直 流 信 号 时,PI 控 制 器 才 能 保 证 系 统 无 稳 态 误 差 ; 如 果 参 考 信 号 为 周 期 信 号 时,PI 控 制 器 就 不 能 起 作 用 了 [11].
第 1 期 陈 弘 哲, 等 : 三 相 四 开 关 并 联 型 有 源 电 力 滤 波 器 控 制 策 略 的 研 究 5 重 复 控 制 能 够 更 好 地 消 除 系 统 中 存 在 的 周 期 性 误 差, 能 对 扰 动 的 谐 波 进 行 逐 次 抑 制. 因 为 电 力 系 统 非 线 性 负 载 电 流 中 主 要 以 奇 数 次 谐 波 的 形 式 存 在, 这 样 才 能 达 到 消 除 系 统 中 的 谐 波 分 量 的 效 果 [1-13]. 采 用 快 速 重 复 控 制 周 期 缩 短 为 原 来 市 电 周 期 的 三 分 之 一, 即 T/3( 传 统 重 复 控 制 器 的 控 制 周 期 一 般 为 一 个 市 电 周 期 T), 具 有 更 好 的 动 态 响 应 能 力. 快 速 重 复 控 制 器 的 脉 冲 传 递 函 数 为 : 将 式 (4) 和 式 (5) 两 个 控 制 器 并 联 后 的 传 递 函 数 表 达 式 为 : G o = 1 1-e -Ts/3 (5) G tf1 =K p + K I s + 1 1-e -Ts/3 () 图 为 只 采 用 PI 控 制 器 的 指 令 电 流 控 制 系 统 的 开 环 幅 频 特 性 图, 图 7 为 采 用 两 种 控 制 器 并 联 的 指 令 电 流 控 制 系 统 的 开 环 伯 德 图. 其 中, 图 与 图 7 中 的 PI 控 制 器 的 参 数 完 全 一 致. 从 图 7 可 以 看 出, 加 入 PI 控 制 器 与 快 速 重 复 控 制 器 并 联 组 成 的 指 令 电 流 控 制 系 统 有 效 地 增 大 了 开 环 传 递 函 数 的 幅 值 增 益, 在 低 频 处 就 能 使 谐 波 控 制 系 统 中 相 角 裕 度 迅 速 增 加, 保 证 了 在 基 频 以 及 高 频 处 相 角 均 保 持 正 值, 从 而 保 证 了 控 制 器 的 稳 定 性 [14]. 图 采 用 PI 控 制 器 的 指 令 电 流 控 制 系 统 开 环 伯 德 图 Fig. Bodechartofinstructioncurentcontrol systeminopen-loopwithpicontroler 图 7 两 种 控 制 器 并 联 的 指 令 电 流 控 制 系 统 开 环 伯 德 图 Fig.7 Bodechartofinstructioncurentcontrolsystem inopen-loopwithtwocontrolersinparalel TFSSAPF 系 统 的 单 相 电 流 控 制 对 象 的 传 递 函 数 为 : K pwm K f G(s)= (τ s +1)(R+sL) (7) K f 其 中 :K pwm 为 主 电 路 的 电 压 增 益 系 数 ; 为 输 出 滤 波 阻 抗 环 节 的 近 似 数 学 表 达 式, 其 中, (τ s +1)(R+sL) τ s 为 PWM 控 制 的 延 时 与 滤 波 器 滞 后 时 间 的 总 和,R L 为 补 偿 电 流 输 出 的 阻 抗 值,K f 为 电 流 反 馈 系 数. 将 PI 控 制 器 和 重 复 控 制 器 组 成 指 令 电 流 控 制 系 统 连 接 到 系 统 控 制 部 分 的 预 测 指 令 电 流 信 号 输 出 端 的 位 置, 由 式 () 和 (7) 可 知, 加 入 指 令 电 流 控 制 系 统 后, 谐 波 电 流 控 制 系 统 的 开 环 传 递 函 数 为 : ( ) G o = K p + K I s + 1 1-e -Ts/ 3 K pwm K f (τ s s+1)(r+sl) (8) 图 8 指 令 电 流 控 制 系 统 的 原 理 图 对 式 (8) 中 的 参 数, 取 K p =50 K I =0.01 K pwm = Fig.8 Theinstructioncurentcontrolsystemschematic 100 τ s =0.05ms R=0.1Ω L=5mH K f =0.04. 经 以 上 分 析,PI 控 制 器 和 快 速 重 复 控 制 器 的 并 联 控 制 原 理 框 图 如 图 8 所 示.
６６ 福州大学学报 自然科学版 第４ ３卷 ５ 仿真分析 通过 Ｍ ｂ ７ ０对所提出的 ＴＦＳＳ ＡＰＦ七段式 ＳＶＰＷＭ调制算法的正确性进行了仿真分析 并通过所设 计的指令电流控制系统与单纯采用 ＰＩ控制器作为指令电流控制系统的情况进行了对比分析 验证了所设 计的指令电流控制系统的有效性 其中两者的 ＰＩ参数完全一致具体的仿真参数如下 三相独立电源中 每一相的电压有效值为 ２２ ０Ｖ 频率为 ５ ０Ｈｚ 补偿电流输出电路的滤波电阻和电感分别为 Ｒ ０ １Ω Ｌ ５ｍＨ 三相负载为三相不可控整流桥 整流桥连接电感值为 ２０ｍＨ 电阻值为 ５０Ω 的负载 直流侧电压 ０Ｖ 直流侧电容 Ｃ１ Ｃ２ ２ ５０μＦ 电力开关管为 Ｉ ＧＢＴ 其开关频率 １０ｋＨｚ 设定值为 Ｕｄ １５０ 图 ９为治理前 Ａ相的负载电流波形图 对 Ａ相负载电流进行傅里叶分析 其中 ５ ７和 １１次谐波含 量较高 Ａ相的负载电流总畸变率 ＴＨＤ达到 ２ ８ ８ ７ 不满足国家电网的要求图 １ ０为治理后未加指令 电流控制系统的负载电流傅里叶分析图 虽然 ＴＦＳＳ ＡＰＦ初步达到治理谐波的目标 但是效果不理想 其 ９８ 未达到国家标准要求的 ５ 以内 中 ５ １１次谐波含量较高 Ａ相负载电流总畸变率仍然高达 ９ 图 ９ 治理前的负载电流傅里叶分析图 图１ ０ 未采用指令电流控制系统治理后的负载 Ｆ ９ Ｆ ｆ ｄ ｄ 电流傅里叶分析图 Ｆ １ ０ Ｆ ｆ ｄ ｄ ｗ ｍ 图１ １ 指令电流控制系统采用 ＰＩ控制器治理 图１ ２ 采用所设计的指令电流控制系统治理 后的负载电流傅里叶分析图 后的负载电流傅里叶分析图 Ｆ １ １ Ｆ ｆ ｄ ｄ Ｆ １ ２ Ｆ ｆ ｄ ｄ ｗ ＰＩ ｗ ｄ ｄ ｍ ｍ ｐ ｐ ｐ ｘ ｂ ｚ ｂｆ ｚ ｄ
第 1 期 陈 弘 哲, 等 : 三 相 四 开 关 并 联 型 有 源 电 力 滤 波 器 控 制 策 略 的 研 究 7 图 11 为 仅 采 用 PI 控 制 器 作 为 指 令 电 流 控 制 系 统 的 治 理 后 A 相 的 负 载 电 流 傅 里 叶 分 析 图. 虽 然 A 相 负 载 电 流 总 畸 变 率 降 低 到 7.%, 但 是 3 7 次 谐 波 含 量 较 高, 仍 然 不 能 满 足 国 家 标 准. 图 1 为 治 理 后 加 入 指 令 电 流 控 制 系 统 的 A 相 的 负 载 电 流 傅 里 叶 分 析 图. 从 图 中 可 看 出 治 理 后 的 A 相 负 载 电 流 的 3 5 7 和 11 次 谐 波 含 量 明 显 降 低, 负 载 电 流 总 畸 变 率 THD 降 低 到 3.13%, 最 终 达 到 国 家 标 准 中 对 电 网 电 流 THD 低 于 5% 的 要 求, 说 明 基 于 重 复 控 制 器 设 计 的 指 令 电 流 控 制 系 统 能 够 有 效 地 消 除 周 期 性 干 扰, 提 高 了 TFS SAPF 的 补 偿 效 果. 结 语 采 用 七 段 式 SVPWM 调 制 算 法 和 指 令 电 流 控 制 系 统 应 用 于 TFSSAPF, 与 传 统 的 三 相 六 开 关 并 联 型 APF 相 比, 研 究 结 果 表 明 : 1) 采 用 三 相 四 开 关 逆 变 器 设 计 的 TFSSAPF 能 够 达 到 补 偿 电 网 中 谐 波 电 流 的 效 果. 与 传 统 的 三 相 六 开 关 逆 变 器 相 比, 少 一 个 电 力 开 关 器 件 桥 臂, 其 中 C 相 直 接 与 直 流 母 线 串 联 两 个 电 容 的 中 点 相 连 接. 由 于 少 了 一 个 桥 臂 的 电 力 开 关 管 和 续 流 二 极 管, 因 此 可 以 有 效 的 降 低 APF 的 成 本. ) 将 改 进 后 的 七 段 式 SVPWM 调 制 算 法 运 用 于 TFSSAPF 中, 通 过 旋 转 坐 标 的 方 法 简 化 了 参 考 电 压 矢 量 的 扇 区 判 断 和 合 成 参 考 电 压 矢 量 的 相 邻 两 个 矢 量 的 作 用 时 间 的 计 算. 采 用 七 段 式 调 制 方 式 可 以 有 效 地 降 低 开 关 器 件 的 开 关 频 率, 降 低 负 载 电 流 的 畸 变 率. 3) 所 设 计 的 指 令 电 流 控 制 系 统, 当 TFSSAPF 稳 态 运 行 时, 指 令 电 流 控 制 系 统 中 的 快 速 重 复 控 制 器 起 主 要 作 用, 可 以 有 效 抑 制 周 期 性 谐 波 ; 当 TFSSAPF 载 荷 突 变 时,PI 控 制 器 实 现 对 变 化 较 大 电 流 误 差 的 快 速 响 应 与 控 制, 从 而 实 现 谐 波 指 令 电 流 的 无 静 差 跟 踪 控 制. 通 过 仿 真 分 析 可 知,TFFSAPF 加 入 指 令 电 流 控 制 系 统 后 能 有 效 抑 制 3 5 7 和 11 次 谐 波, 降 低 电 网 电 流 的 畸 变 率. 参 考 文 献 : [1] 姜 齐 荣, 赵 东 元, 陈 建 业. 有 源 电 力 滤 波 器 结 构 原 理 控 制 [M]. 北 京 : 科 学 出 版 社,005:8-37. [] 安 群 涛, 孙 醒 涛, 赵 克, 等. 容 错 三 相 四 开 关 逆 变 器 控 制 策 略 [J]. 中 国 电 机 工 程 学 报,010,30(3):14-0. [3] 王 文, 罗 安, 黎 燕, 等. 一 种 新 型 有 源 电 力 滤 波 器 的 SVPWM 算 法 [J]. 中 国 电 机 工 程 学 报,01,3(18):5-59. [4] 陈 东 毅. 基 于 预 测 电 流 控 制 的 并 联 型 有 源 电 力 滤 波 器 的 研 究 [D]. 福 州 : 福 州 大 学,013. [5] 刘 宏 超, 吕 胜 民, 张 春 晖. 三 相 四 开 关 并 联 型 有 源 电 力 滤 波 器 的 SVPWM 调 制 算 法 [J]. 电 工 技 术 学 报,011,(4): 18-134. [] 侯 世 英, 宋 星, 孙 韬, 等. 基 于 空 间 滞 环 控 制 的 新 型 容 错 三 相 四 开 关 并 网 逆 变 器 [J]. 电 力 系 统 保 护 与 控 制,011,39 (1):138-144. [7] 杨 秋 霞, 高 金 玲, 赵 晔, 等. 有 源 电 力 滤 波 器 的 特 定 次 谐 波 控 制 策 略 [J]. 电 力 系 统 保 护 与 控 制,01,40(3):119-13. [8]JacobinaCB,daSilvaERC,LimaAM N,etal.Vectorandscalarcontrolofafourswitchthreephaseinverter[J].IEEE TransIndAppl,1995,4():47-49. [9]BlaabjergF,FreysonS,HansenH H,etal.Anewoptimizedspacevectormodulationstrategyforacompenet-minimized voltagesourceinverter[j].ieeetransactionsonpowerelectronics,1997,1(4):704-714. [10]deRositerBC,JacobinaCB,daSilvaERC,etal.AgeneralPWM strategyforfour-switchthree-phaseinverters[j]. IEEETransactionsonPowerElectronics,00,1():118-17. [11] 黄 薇, 周 荔 丹, 郑 益 慧, 等. 基 于 神 经 网 络 PI 重 复 控 制 器 的 三 相 并 联 有 源 电 力 滤 波 器 [J]. 电 力 系 统 保 护 与 控 制, 01,40(3):78-84. [1] 武 健, 何 娜, 徐 殿 国. 重 复 控 制 在 并 联 有 源 电 力 滤 波 器 中 的 应 用 [J], 中 国 电 机 工 程 学 报,008,8(18):-7. [13] 于 晶 荣, 粟 梅, 孙 尧. 有 源 电 力 滤 波 器 的 改 进 重 复 控 制 及 其 优 化 设 计 [J]. 电 工 技 术 学 报,01,7():35-4. [14] 贾 要 勤, 王 晓 滨, 杨 强. 并 联 有 源 电 力 滤 波 器 的 自 适 应 重 复 控 制 [J]. 电 工 技 术 学 报,011,(10):118-1. ( 责 任 编 辑 : 沈 芸 )