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基于無差拍SVPWM的有源濾波器研究

2021-04-17

引言有源電力濾波器(ActivePowerFilter,APF)作為一種用于動態抑制諧波的電力電子裝置,其能夠同時補償多次諧波電流,能實時控制、自動跟蹤非線性電流并加以控制,有較快的動態響應速度,且具有改善三相不平衡度的優點。對于有源濾波器諧波電流檢測與補償電流的發生是其極為關鍵的技術。有源電力濾波器的電流控制一般采用PWM(PulseWidthModulation)模式,目前常用的PWM控制方式有滯環電流控制(CurrentFollowPulseWidthModulation,CFPWM)、三角波電流控制(PulseWidthModulation,PWM)和電壓空間矢量脈寬調制(SpaceVectorPulseWidthModulation,SVPWM)三種技術。對于SVPWM其控制方法的優點主要在于:提高逆變器直流側電壓的利用率,減小開關器件的開關頻率以及減少諧波成分,而且此方法更易實現數字化。因此,逆變電路控制常采用此種方法。在APF的應用中,SVPWM常與滯環比較,PI調節器以及無差拍等結合應用。本文采用無差拍SVPWM控制策略,對APF的電流進行補償控制,以獲得較好的動態補償效果。1電力有源濾波器諧波檢測方法有源濾波器的諧波電流檢測方法由時域和頻域檢測法構成。時域檢測法主要分為:有功電流分離法和基于瞬時無功功率原理的p-q法,ip-iq法以及d-q法等[1]。頻域檢測法主要有FFT法和諧波濾波器法等[2]。對于本文研究主要是采用ip-iq法來對電力有源濾波器進行分析研究,由圖1可看出其原理。圖中虛線框內為直流側電壓反饋控制部分,正余弦信號sint和-cost由鎖相環PLL發生電路產生。其中sint與a相輸入電壓ua同相;逆變電路直流側電壓的給定值為Ucr,Ucf是反饋值,將這兩路信號之差經過PI調節器進行調節,所得到的ip疊加到瞬時有功電流的直流分量中,經過運算得出指令電流ih中所含基波有功電流,從而令APF直流側與交流側進行能量互換,從而將Uc調整到給定值。對于電力有源濾波器而言,濾波器逆變器直流側信號與交流側信號的能量交換是本文研究的關鍵。圖1基于ip-iq諧波檢測原理2無差拍控制簡介SVPWM控制是用指令電流ic(*k)代替補償電流ic(*k+1)使k時刻的補償電流在k+1時刻完全跟蹤上指令電流,但這樣會存在一拍的滯后。而基于SVPWM的無差拍控制則在k時刻預測出k+1時刻的指令電流值,并以此代替補償電流,最后通過SVPWM控制算法產生PWM脈沖信號以控制變流器開關器件的通斷,從而使每一時刻輸出的補償電流等于其指令電流,實現了實時控制。無差拍SVPWM的控制原理如圖2所示。圖2無差拍SVPWM控制原理設I(tk)為采樣三相實際電流矢量,I(*tk)為tk時刻指令電流矢量,且定義:I(*tk)=I(*tk)-I(tk),I(tk)=I(tk+Ts)-I(tk)(1)式(1)中將Ts定義為PWM開關周期。無差拍控制要求式I(tk+Ts)=I(*tk)在任一開關周期內都成立。圖3為并聯型三相三線制APF結構模型,圖3在-坐標系下滿足式(2)有:u=Ldidt+e,u=Ldidt+e(2)將式(2)離散化可得: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為采樣周期;ic(*k+1)和u(*k+1)分別為k+1采樣時刻有源電力濾波器的指令電流與參考電壓。

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