三相四线制有源电力滤波器控制方法及仿真.pdf
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1、总第 4 7卷第 5 3 2期 2 0 1 0年第 0 4期 电测与仪表 El e c t t i c a l M e a s u r e m e nt& I n s t r ume n t at i o n Vo I 4 7 No 5 3 2 Ap r 2 O l O 三相四线制有源电力滤波器控制方法及仿真 王群京 , 程 中杰 , 王俊椋 , 李国丽 , 胡存 刚 1 7 张擎 , 漆星 ( 1 合肥 工业大学 电气与 自动化工程学院, 合肥 2 3 0 0 0 9 ; 2 安徽 大学 电子科 学与技术学院, 合肥 2 3 0 0 3 9 ; 3 电子科技大学 通信与信息工程学院, 成都
2、6 1 1 7 3 1 ; 4 浙江工业大学 信息工程学院, 杭州 3 1 0 0 1 4 ) 摘要: 三维空间矢量脉宽调制算法( 3 D S V P WM ) 是解决三相四线制并联型有源电力滤波器( A P F ) 中线电流补偿 问题的有效手段。 为了避免传统的 0 坐标变换, 降低调制算法的复杂性, 便于实现全数字控制, 本文提出了一 种针对分裂电容式 A P F 的基于a b c 坐标系的3 D S V P WM算法, 就是要用 8 个基本空间矢量来合成任意参考电 压。 它们构成了一个正方体, 可以在空间上分成 6 个四面体, 每个四面体由3 个非零矢量和 1 个零矢量构成。 只 要确立
3、了参考矢量位于哪个四面体中, 就可以选择相应的空间矢量并计算其占空比, 使逆变器输出等效的电压 矢量。建立了系统仿真模型并进行了仿真实验, 结果验证了该方案的有效性。 关键词 : 三相四线制 ; 有源电力滤波器 ; a b c 坐标系; 三维空间矢量脉宽调制 ; 仿真 中图分类号: T M4 6 文献标识码 : A 文章编号 : 1 0 0 1 1 3 9 0 ( 2 0 1 0 ) 0 4 0 0 4 9 0 4 Co n t r o l M e t h o d a n d S i mu l a t i o n o f Ac t i v e P o we r F i l t e r f o
4、r T h r e e - p h a s e F o u r - wi r e S y s t e m WA NG Q u n - j i n g C HE N G Z h o n g - j i e , WA N G J u n l i a n g 3 , L I G u o l i ;HU C u n - g a n g , Z H A N G Q i n g , Q I X i n g ( 1 S c h o o l o f E l e c t r i c E n g i n e e r i n g a n d Au t o ma t i o n ,He f e i Un i v e
5、r s i t y o f T e c h n o l o g y , He f e i 2 3 0 0 0 9 ,C h i n a 2 S c h ool o f El e c t r o n i c S c i e n c e an d Te c hn o l o gy , An h u i Un i v e r s i t y , He f e i 2 3 00 3 9 ,Ch i n a 3 S c ho o l o f Co mmu n i c a t i o n a n d I n f o r ma t i o n E n gi n e e ri n g ,U n i v e r
6、s i t y o f E l e c t r o n i c S c i e n c e and T e c h n o l o gy o f C h i n a ,C h e n g d u 6 1 1 7 3 1 ,C h i n a 4 C o l l e g e o f I nfo rma t i o n E n gi n e e r i n g , Z h e j i a n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o gy, H a n g z h o u 3 1 0 0 1 4 , C h i n a ) Ab s t r a c t :
7、 T h r e e - D i me n s i o n a l S p a c e V e c t o r P u l s e Wi d t h Mo d u l a t i o n ( 3 D- S V P WM) al g o r i t h m i s a n e ff e c t i v e m e ans t o s o l v e t h e p r o b l e m o f n e u t r al c u r r e n t c o mp e n s a t i o n f o r t h r e e - p h a s e f o u r - w i r e S h u
8、 n t A c t i v e P o w e r F i l t e r ( A P F 1 I n o r d e r t o a v o i d t h e t r a d i t i o n al 0 t r ans f o r m a t i o n and t o r e d u c e t h e c o m p l e x i t y o f t h e m o d u l a t i o n al g o r i t h m for e a s e o f f u l l y d i gi t al c o n t r o l , t h i s p a p e r p r
9、 e s e n t s a 3 D- S VP WM a l g o ri t h m b a s e d o n a b c c o o r d i n a t e s for AP F w i t h a s p l i t c a p a c i t o r i n v e r t e r t o p o l o g y , t h a t i s t o s y n t h e s i z e a n a r b i t r a r y r e f e r e n c e v o l t a g e u s i n g e i g h t fi x e d s p a c e v e
10、 c t o r s w h i c h c o n s t i t u t e a c u b e T h e c o n t r o l c u b e C an b e s p l i t i n t o 6 t e t r a h e d r o n s , e a c h o f t h e m c o n t a i n i n g t h r e e n o n z e r o s wi t c h i n g v e c t o r s alo n g wi t h o n e z e r o v e c t o r I t C an b e d e t e rm i n e
11、d i n wh i c h o f t h e t e t r a h e d r o n s a n y v o l t a g e v e c t o r i s i n c l u d e d On c e t h e t e t r a h e d r o n i s c h o s e n , t he d u t y c y c l e s o f e a c h v e c t o r t h a t wi l l ma k e t h e v o l t a g e v e c t o r o f the i n v e rte r e q u al, o n a v e r
12、 a g e ,t o t h e r e f e r e n c e v o l t ag e v e c t o r ha v e t o b e c alc u l a t e d A s i mul a t i o n mo d e l o f s y s t e m i s b u i l t an d s i mu l a t i o n r e s u l t s s h o w th a t t h e c o n t r o l s t r a t e gy i s v e rifie d Ke y wo r d s : t h r e e - p h a s e f o u
13、 r - wi r e , a c t i v e p o we r fi l t e r , a b c c o o r d i n a t e , 3 D- S V P WM, s i mu l a t i o n O 引 言 三 相 四线 制 有 源 电 力 滤 波 器( A c t i v e P o w e r F i l t e A P F ) 是抑制谐波污染 、 改善 电能质量 的有效 装置f l 2 1 。A P F相 当于一个受控 电流源 , 它的基本工作 原理为 :通过谐波检测环节检测 出系统中的谐波 电 流, 得到需要补偿的电流的参考值, 控制系统根据该 参考值, 产生相
14、应的脉冲控制信号, 驱动逆变电路产 生与谐波电流大小相等方向相反的补偿电流来消除 谐波。 实现电流补偿的三相逆变器控制是 A P F的核心 环节。常见的控制方法有三角波调制法、 滞环调制法 和空 间矢量脉宽调制法( S V P WM) 3 。S V P WM技术 由 4 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 总第 4 7 卷第 5 3 2 期 2 0 1 0年第 o 4期 电测 与仪表 El e c t r i c a l M e a s u r e m e n t& I ns t r u m e n t a t i o n VD J 4 7 N仉5 3 2 Ap
15、r 2 01 0 于其具有直流侧电压利用率高及控制简单、 数字化实 现方便等优点而得到了广泛的应用。 在三相三线制系 统中,一般采用基于二维 S V P WM算法( 2 D S V P WM) 的电压控制策略, 但它无法解决三相四线制系统的中 线电流补偿问题。将二维空间扩展到三维空间, 考虑 零分量对空间电压矢量 的影响 ,三维 S V P WM技术 ( 3 D s v P wM) 应运而生4 1。 3 D S V P WM算法的思想来 源于2 D S V P WM, 所以通常 3 D S V P WM算法都是基 于 坐标系。文献【 5 , 6 】 提出了一种基于 a b c坐标系 的 3 D
16、 S V P WM算法应用于三相四桥臂逆变器。四桥 臂有 1 6种开关状态 , 对应于 a b c坐标系下的 1 6 个基 本空间矢量, 它们形成了一个由2 个小正方体交叠而 成的封闭的 1 2面体 ,可 以在空 间上分成 2 4 个 四面 体,每个 四面体由 3个非零矢量和 2个零矢量构成 , 只要确立了参考矢量落在哪个 四面体 中就可 以用相 应的基本空间矢量组合来合成。 本文在这些基础上提 出了一种应用 于分裂电容 式逆变拓扑结构 的三相四线制并联型 A P F上 的基于 a b c坐标系的 3 D S V P WM算法。 1 系统模型 图 1 是三相 四线制并联型 A P F主电路 ,
17、主电路 采用分裂电容式逆变拓扑的三相逆变器 , 直流侧零线 与系统中性线相连接。其中, t tsa , U 出 、 为三相电源电 压 ; 、 、 、 为三相补偿电流和中线补偿 电流 , 直 1 流侧电压为 M d c , u d c l =U d c 2 - - 下 1 z 正 d c 。 图 1有源电力滤波器主电路 Fi g 1 Ma i n c i r c u i t o f a c t i v e p o we r fil t e r 由基尔霍夫定律得模型的电压回路方程为: UAN UB N N 昙 Zc c b Z c。 2 3 D S V P WM 控制方法 2 1 基于0 坐标 系
18、的3 D S V P WM方法 零电位点的选择直接影响到参考电压矢量和坐 一 5 O一 标变换的结果 。通常情况下, 设图 1 所示与电源侧中 性线相连的直流母线中点 N为零 电位参考点 。这种 假设有一定的合理性 : 一方面, 参考电压矢量可以直 接由回路电压方程式( 1 ) 简单计算求得 , 物理意义直 观 ; 另一方面 , 电压为 3 8 0 2 2 0 V的低压三相 四线制 电 网, 在实际运行时, 从安全的观点出发 , 都是采用中性 点直接接地方式, 使得系统中性点对地电压为零。 三桥臂逆变器共有 8种开关状态 , 经过坐标变换 可以得到 0 坐标系下的 8 个空间矢量, 其中 6
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