基于电压空间矢量的滞环电流控制方法和apf的系统设计

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1、第31卷第5期电力自动化设备Vol．31No.52011年5月ElectricPowerAutomationEquipmentMay2011基于电压空间矢量的滞环电流控制方法和APF的系统设计郑建勇1，21，21，23，王杰，梅军，王磊（1.东南大学电气工程学院，江苏南京210096；2.苏州市电气设备与自动化重点实验室，江苏苏州215123；3.国家电网公司运行分公司晋东南特高压管理处，山西长治046000）摘要：提出了一种基于电压空间矢量的滞环电流控制方法。该方法将相电流误差通过滞环比较器得到3组电流

2、误差矢量，并通过对电流误差矢量和参考电压矢量扇区的判别输出最优电压矢量，从而使电流误差控制在滞环宽度内。该方法能有效地消除相间影响，并且能够在较低的开关频率下有效地限制电流误差，既有较好的电流响应速度，又有较好的电流跟踪性能。设计了基于DSP-FPGA的全数字控制系统，极大提高整个系统的稳定性。仿真和实验结果验证了控制策略的正确性。关键词：电流跟踪；电压空间矢量；滞环电流控制；DSP-FPGA中图分类号：TM761文献标识码：A文章编号：1006－6047（2011）05－0049－04／u=Ri+Ldi

3、／dt+U／acacaa／0引言／／ub=Ricb+Ldicb／dt+Ub（1）／／／有源电力滤波器（APF）是目前进行谐波治理的／uc=Ricc+Ldicc／dt+Uc有效装置［1-4］其中，所有电压均以系统中性点O为参考点。，其性能很大程度上取决于电流跟踪控制电路采用的电流控制方法。目前，电流控制技术较引入开关函数Sa、Sb、Sc，可以得到APF输出相电压如下：为成熟，特别是滞环电流控制方法得到了较为广泛／u=（2S-S-S）U／3／aabcdc的应用。但是滞环电流控制方法开关频率波动较大，／／／ub

4、=（2Sb-Sc-Sa）Udc／3（2）稳定性相对不高。／／／／uc=（2Sc-Sa-Sb）Udc／3本文提出了一种基于电压空间矢量的滞环电流由式（2）可以看出APF各相输出电压取决于三控制新方法［5-7］。该方法使用3组滞环比较器，根据桥臂的总状态Sabc。将8种开关函数组合代入式（2），相电流误差的比较状态值和对参考电压矢量的区域可以得到相应的APF输出相电压值，如表1所示（电判别，得到最佳的电压矢量，从而使APF输出电流压以Udc为基准）。量跟踪指令电流。文中还设计了基于DSP-FPGA的全表1Sa

5、bc的模式和APF的输出数字控制系统。Tab.1SabcmodesandAPFoutputs1基于电压空间矢量的滞环控制算法SabcUaUbUcUk000000U01.1控制原理1002／3-1／3-1／3U1基于电压源逆变器的有源滤波器的等值电路如1101／31／3-2／3U2010-1／32／3-1／3U3图1所示。011-2／31／31／3U4在三相三线系统中，设直流侧电容电压为恒定值001-1／3-1／32／3U5Udc，Ua、Ub、Uc为系统电压，则由图1可得式（1）：1011／3-2／31／3

6、U6111000U71SaicauaRLUa01为了消除相间影响，引入空间矢量，将8种开关+SbicbubUbUdc01O函数组合代入式（2），然后通过静止正交α-β坐标-SciccuUcc0变换可以得到相应的APF输出端电压矢量方程式：／／2j（k-1）π／3／Udcek=1~6图1有源滤波器等值电路／Uk=／3（3）／Fig.1EquivalentcircuitofAPF／／0k=0，／7收稿日期：2010-08-05；修回日期：2011-02-258种开关模式所对应的APF输出电压矢量Uk电力自动化

7、设备第31卷u*<0u*（k=0~7）将矢量空间划分为6个三角形区域，记为abab=0bU3u*>0Ⅰ~Ⅵ，如图2所示。abU2Ⅱbu*>0UUbc32Ⅲu*=0ⅠUbc1aⅡU4U7u*<0ⅣU0ⅥbcⅢⅠⅤU1aU4U6*U7U5uca<0ⅣU0Ⅵc*>0*Ⅴucauca=0U图4u*的区域检测5cU6*Fig.4Regiondeterminationofu图2Uk的空间矢量图3个滞环比较器用来跟踪指令电流矢量并把电Fig.2SpacevectorofUk流误差控制在滞环宽度内。Ba表示a相电流误差被

8、由式（1）通过α-β变换可得APF输出端电压矢束缚的状态。当a相电流误差超过滞环比较器的上量方程式：限、b相电流误差低于滞环比较器的下限时，Ba=1、u=Ldic／dt+Ric+U（4）Bb=0。当Bb=1、Bc=1，用电压矢量U1同时增加b相设APF输出指令电流矢量为i**为指令电流c，u电流ib和c相电流ic。另一方面当Ba=0、Bb=0，用电*对应的APF输出参考电压矢量，由式（4）有ic压矢量U2同时降低a相电流ia和