一種基于有源電力濾波器的svpwm無(wú)差拍控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及有源電力濾波器的控制方法，特別是一種基于有源電力濾波器的 SVPWM無(wú)差拍控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 伴隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，大量的電力電子裝置被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)，農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。 由于電力電子裝置本身的特點(diǎn)，比如電力電子裝置的非線性和時(shí)變性。使得電力電子裝置 使用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的諧波W及無(wú)功功率。運(yùn)些無(wú)功功率和諧波對(duì)于電網(wǎng)的穩(wěn)定性是有影 響的。對(duì)于諧波污染的運(yùn)種情況，傳統(tǒng)的方法是使用無(wú)源濾波器。但無(wú)源濾波器其自身具 有很多缺點(diǎn)和局限性，越來(lái)越不能滿足電網(wǎng)電能質(zhì)量的要求。而有源電力濾波器技術(shù)近些 年已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者研究的熱點(diǎn)。對(duì)于有源濾波器諧波電流檢測(cè)和補(bǔ)償電流的發(fā)生 是極其關(guān)鍵的技術(shù)。
[0003] 有源電力濾波器的電流控制一般采用PWM模式。目前常用的PWM控制方式有 滯環(huán)電流控制、S角波電流控制、電壓空間矢量脈寬調(diào)制（SpaceVectorPulseWidth Mo化lation，SVPWM)S種技術(shù)。對(duì)于SVPWM控制方法，其主要優(yōu)點(diǎn)在于：提高逆變器直流側(cè) 電壓的利用率，減小開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)頻率W及減少諧波成分，而且此方法更容易實(shí)現(xiàn)數(shù)字 化。所W，SVPWM廣泛地應(yīng)用于有源濾波器的控制系統(tǒng)中。但SVPWM控制方法其復(fù)雜的算法 及大量計(jì)算會(huì)導(dǎo)致計(jì)算的延時(shí)。無(wú)差拍控制有優(yōu)良的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，當(dāng)電源或負(fù)載突然變 化從而使輸出電壓發(fā)生偏差時(shí)，只要一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)就可W使輸出電壓再次跟蹤給定值。
[0004] 本發(fā)明一種基于有源電力濾波器的SVPWM無(wú)差拍控制方法，將SVPWM控制方法與 無(wú)差拍控制方法相結(jié)合，對(duì)有源電力濾波器的電流進(jìn)行補(bǔ)償控制，能夠?qū)崿F(xiàn)較好的動(dòng)態(tài)補(bǔ) 償效果。

【發(fā)明內(nèi)容】
陽(yáng)0化]本發(fā)明的目的在于提供一種基于有源電力濾波器的SVPWM無(wú)差拍控制方法，W克 服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于有源電力濾波器的SVPWM無(wú)差 拍控制方法，按照如下方式實(shí)現(xiàn)：
[0007] 步驟Sl:建立有源電力濾波器的數(shù)學(xué)模型，由基爾霍夫電壓定律得出有源電力濾 波器的數(shù)學(xué)模型公式；
[0008] 步驟S2 :對(duì)所述有源電力濾波器的數(shù)學(xué)模型公式在k時(shí)刻進(jìn)行微分離散；
[0009] 步驟S3 :已知k-1時(shí)刻W及k時(shí)刻的指令電流值為C(k-l)、1。*似，通過(guò)線性預(yù) 測(cè)算法或拋物線預(yù)測(cè)算法得到k+1時(shí)刻的指令電流值C化+1);
[0010] 步驟S4 :將所述步驟S3中通過(guò)線性預(yù)測(cè)指令電流公式或拋物線預(yù)測(cè)指令電流 公式預(yù)測(cè)出的k+1時(shí)刻的指令電流C化+1)帶入無(wú)差拍控制算法，得出變流器參考電壓 U*似； W11] 步驟S5 :判斷所述變流器參考電壓11*^似所在的扇區(qū)；
[0012] 步驟S6 :確定所述變流器參考電壓u"^(k)所在的扇區(qū)對(duì)應(yīng)的基本矢量與零矢量作 用的時(shí)間；
[0013] 步驟S7 :判斷所述變流器參考電壓u"^(k)矢量是否超過(guò)變流器輸出的最大電壓， 若Ti+T2《T擁，則無(wú)需糾正，若T片2>T擁，則需要糾正，其中，T,為PWM開(kāi)關(guān)周期，T1與 Tz分別為a-0坐標(biāo)系中Vi與V2在一個(gè)PWM脈沖開(kāi)關(guān)周期內(nèi)所運(yùn)行的時(shí)間；
[0014] 步驟S8 :計(jì)算出Ta、TbW及Tc，Ta、TbW及T。為分別用W控制各橋臂開(kāi)關(guān)管狀態(tài)的 時(shí)間信號(hào)，將T。、TbW及T。與S角波比較，生成PWM脈沖信號(hào)W控制變流器開(kāi)關(guān)器件的通 斷；為減少開(kāi)關(guān)損耗，采用對(duì)稱屯段式PWM方式，即W零矢量（000)作為開(kāi)關(guān)周期的起點(diǎn)與 結(jié)束，（111)作為中間矢量。
[0015] 在本發(fā)明一實(shí)施例中，在所述步驟Sl中，所述有源電力濾波器的數(shù)學(xué)模型如下：
[0017] 其中，e。、6b、e。為各相交流電電壓，i。、ib、ic分別為有源電力濾波器各相的補(bǔ)償電 流，R、L分別為主電路交流側(cè)的電阻與電感。
[0018] 在本發(fā)明一實(shí)施例中，在所述步驟S2中，微分離散后的公式如下：
[0020] 其中，T為一個(gè)周期，i。似與ici(k+l)分別為補(bǔ)償電流在k與k+1時(shí)刻的值，Gj似 為微分離散后k時(shí)刻的交流電電壓值，L為主電路交流側(cè)電感，j為離散后各個(gè)物理量的序 號(hào)。
[0021] 在本發(fā)明一實(shí)施例中，在所述步驟S3中，k+1時(shí)刻的指令電流值i/化+1)由線性 預(yù)測(cè)算法或拋物線預(yù)測(cè)算法得到，所述線性預(yù)測(cè)算法中線性預(yù)測(cè)指令電流公式如下：
[0022] C化+1) = 2C似-C(k-i)
[0023] 所述拋物線預(yù)測(cè)算法中拋物線預(yù)測(cè)指令電流公式如下：
[0024] ic* 化+1) =ic* 化-2)-3ic* 化-l)+3ic*(k) 陽(yáng)0巧]其中，C(k-。為k-2時(shí)刻的指令電流。
[00%] 在本發(fā)明一實(shí)施例中，在所述步驟S4中，所述變流器參考電壓u"^(k)如下所示：
陽(yáng)02引其中，C化+1)為k+1時(shí)刻的指令電流值，Sj似為微分離散后k時(shí)刻的交流電電 壓值，L為主電路交流側(cè)電感，1。,化）為補(bǔ)償電流在k時(shí)刻的值，T為一個(gè)周期。
[0029] 在本發(fā)明一實(shí)施例中，在所述步驟S5中，采用3/2的坐標(biāo)變換法判斷所述變流器 參考電壓11*^化）所在的扇區(qū)，即通過(guò)a-e坐標(biāo)系中的￥。與￥^進(jìn)行運(yùn)算得出所述變流器 參考電壓u"^(k)所在扇區(qū)對(duì)應(yīng)的N值，且所述3/2的坐標(biāo)變換等式如下所示：
[0031] 在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述步驟S5具體包括W下步驟：
[0032]步驟S51:記N=A+2B+4C，若Vp> 0 時(shí)，即U bc>0 時(shí)，得A= 1，否則A=0 ;若 ~質(zhì)',，一F.占'>0，良PUab>0 時(shí)，得B= 1，否貝IjB= 0;若一朽一f另> 0,良PUca>0 時(shí)，得C= 1，否則C= 0 ; 陽(yáng)03引步驟S52 :將經(jīng)所述步驟S51獲取的A、BW及C的值帶入式子N=A巧B+4C中得 到所對(duì)應(yīng)的扇區(qū)；
[0034] 步驟S53 :N的取值分為W下六種情況：
[0035] (1)當(dāng)N=1時(shí)，所述變流器參考電壓u*(k)處于扇區(qū)II;
[0036] 似當(dāng)N= 2時(shí)，所述變流器參考電壓11*^似處于扇區(qū)/1 ;
[0037] 做當(dāng)N= 3時(shí)，所述變流器參考電壓11*^似處于扇區(qū)I; 陽(yáng)〇3引 （4)當(dāng)N= 4時(shí)，所述變流器參考電壓化）處于扇區(qū)IV;
[0039] 妨當(dāng)N= 5時(shí)，所述變流器參考電壓11*^似處于扇區(qū)111 ; W40] (6)當(dāng)N= 6時(shí)，所述變流器參考電壓化）處于扇區(qū)V。
[0041] 在本發(fā)明一實(shí)施例中，在所述步驟S6中，按下列公式確定所述基本矢量與所述零 矢量作用的時(shí)間：
[0043] 其中，Tk與TW分別為Vk與VW在同一開(kāi)關(guān)周期內(nèi)所作用的時(shí)間，Vk與VW為各扇 區(qū)的基本矢量，T。為a-e坐標(biāo)系中零矢量所作用的時(shí)間，Tg為PWM開(kāi)關(guān)周期，Ud。為直流 側(cè)電容兩端的電壓。 W44] 在本發(fā)明一實(shí)施例中，在所述步驟S7中，若Tl巧TS時(shí)，則無(wú)需糾正，得到： ' T、二T''
[0045] J 了2 =Ta Ta = Ts-Ti - n
[0046] 其中，T。為a-0坐標(biāo)系中零矢量所作用的時(shí)間；
[0047] 若Ti+T2>T擁，則需要糾正，得到糾正公式：
[0049] 相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有W下有益效果：本發(fā)明所提出的一種基于有源電力 濾波器的SVPWM無(wú)差拍控制方法，在負(fù)載發(fā)生突變情況下，經(jīng)過(guò)一個(gè)工頻周期后，補(bǔ)償電流 仍然能夠準(zhǔn)確的跟蹤指令電流的變化，具有較快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。對(duì)固定開(kāi)關(guān)矢量的作用時(shí)序 進(jìn)行優(yōu)化，有效降低了開(kāi)關(guān)器件的工作頻率。
【附圖說(shuō)明】
[0050] 圖1為本發(fā)明中SVPWM無(wú)差拍控制原理圖。
[0051] 圖2為本發(fā)明中有源電力濾波器主電路圖.
[0052] 圖3為本發(fā)明中空間電壓矢量分布圖。
[0053] 圖4為本發(fā)明中SVPWM算法框圖。
[0054] 圖5為本發(fā)明的中各扇區(qū)開(kāi)關(guān)切換順序與切換點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0055] 下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行具體說(shuō)明。
[0056] 有源電力濾波器作為一種動(dòng)態(tài)抑制諧波的電力電子裝置，具有W下優(yōu)點(diǎn)：具有自 適應(yīng)功能，能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償；可同時(shí)補(bǔ)償諧波和無(wú)功電能；受電網(wǎng)阻抗的影響不大，不容 易與電網(wǎng)阻抗發(fā)生諧振。對(duì)于有源電力濾波器來(lái)說(shuō)，諧波電流檢測(cè)與補(bǔ)償電流的發(fā)生是其 極為關(guān)鍵的技術(shù)。本發(fā)明提出一種基于有源電力濾波器的SVPWM無(wú)差拍控制方法，將SVPWM 控制技術(shù)與無(wú)差拍控制技術(shù)相結(jié)合，能夠提高逆變器直流側(cè)電壓的利用率，減少開(kāi)關(guān)器件 的開(kāi)關(guān)頻率W及減少諧波成分，消除由于復(fù)雜算法及大量計(jì)算導(dǎo)致的計(jì)算延時(shí)。
[0057] 本發(fā)明所提出的一種基于有源電力濾波器的SVPWM無(wú)差拍控制方法，如圖1~圖 4所示，包括W下步驟：
[0058] 步驟Sl:建立有源電力濾波器的數(shù)學(xué)模型，由附圖2和基爾霍夫電壓定律可W得 出有源電力濾波器的數(shù)學(xué)模型公式，數(shù)學(xué)模型為：
W60] 式子中，e。、6b、e。為各相交流電電壓，i。、ib、i。分別為有源電力濾波器各相的補(bǔ)償 電流，R、L分別為主電路交流側(cè)的電阻和電感。
[0061]步驟S2:對(duì)有源電力濾波器的數(shù)學(xué)模型公式在k時(shí)刻進(jìn)行微分離散。離散后的公 式為：
[006引式子中，T為一個(gè)周期，i。似與i。, (k+1)分別為補(bǔ)償電流在k與k+1時(shí)刻的值，