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基于无差拍SVPWM的有源滤波器研究

2021-04-17

引言有源电力滤波器(ActivePowerFilter,APF)作为一种用于动态抑制谐波的电力电子装置,其能够同时补偿多次谐波电流,能实时控制、自动跟踪非线性电流并加以控制,有较快的动态响应速度,且具有改善三相不平衡度的优点。对于有源滤波器谐波电流检测与补偿电流的发生是其极为关键的技术。有源电力滤波器的电流控制一般采用PWM(PulseWidthModulation)模式,目前常用的PWM控制方式有滞环电流控制(CurrentFollowPulseWidthModulation,CFPWM)、三角波电流控制(PulseWidthModulation,PWM)和电压空间矢量脉宽调制(SpaceVectorPulseWidthModulation,SVPWM)三种技术。对于SVPWM其控制方法的优点主要在于:提高逆变器直流侧电压的利用率,减小开关器件的开关频率以及减少谐波成分,而且此方法更易实现数字化。因此,逆变电路控制常采用此种方法。在APF的应用中,SVPWM常与滞环比较,PI调节器以及无差拍等结合应用。本文采用无差拍SVPWM控制策略,对APF的电流进行补偿控制,以获得较好的动态补偿效果。1电力有源滤波器谐波检测方法有源滤波器的谐波电流检测方法由时域和频域检测法构成。时域检测法主要分为:有功电流分离法和基于瞬时无功功率原理的p-q法,ip-iq法以及d-q法等[1]。频域检测法主要有FFT法和谐波滤波器法等[2]。对于本文研究主要是采用ip-iq法来对电力有源滤波器进行分析研究,由图1可看出其原理。图中虚线框内为直流侧电压反馈控制部分,正余弦信号sint和-cost由锁相环PLL发生电路产生。其中sint与a相输入电压ua同相;逆变电路直流侧电压的给定值为Ucr,Ucf是反馈值,将这两路信号之差经过PI调节器进行调节,所得到的ip叠加到瞬时有功电流的直流分量中,经过运算得出指令电流ih中所含基波有功电流,从而令APF直流侧与交流侧进行能量互换,从而将Uc调整到给定值。对于电力有源滤波器而言,滤波器逆变器直流侧信号与交流侧信号的能量交换是本文研究的关键。图1基于ip-iq谐波检测原理2无差拍控制简介SVPWM控制是用指令电流ic(*k)代替补偿电流ic(*k+1)使k时刻的补偿电流在k+1时刻完全跟踪上指令电流,但这样会存在一拍的滞后。而基于SVPWM的无差拍控制则在k时刻预测出k+1时刻的指令电流值,并以此代替补偿电流,最后通过SVPWM控制算法产生PWM脉冲信号以控制变流器开关器件的通断,从而使每一时刻输出的补偿电流等于其指令电流,实现了实时控制。无差拍SVPWM的控制原理如图2所示。图2无差拍SVPWM控制原理设I(tk)为采样三相实际电流矢量,I(*tk)为tk时刻指令电流矢量,且定义:I(*tk)=I(*tk)-I(tk),I(tk)=I(tk+Ts)-I(tk)(1)式(1)中将Ts定义为PWM开关周期。无差拍控制要求式I(tk+Ts)=I(*tk)在任一开关周期内都成立。图3为并联型三相三线制APF结构模型,图3在-坐标系下满足式(2)有:u=Ldidt+e,u=Ldidt+e(2)将式(2)离散化可得:u*(k+1)=L[i*c](k+1)-i(k)ts+eu*(k+1)=L[i*c](k+1)-i(k)ts+e(3)式中:ts为采样周期;ic(*k+1)和u(*k+1)分别为k+1采样时刻有源电力滤波器的指令电流与参考电压。

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