新型空间矢量控制策略在APF中的应用与优化

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1、万方数据新型空问矢量控制策略在APF中的应用与优化张国新1，丁祖军z(1．国电南京自动化股份有限公司，江苏南京210003；2．东南大学电气工程学院，江苏南京210096)摘要：为治理三相四线制系统中的谐波，以三相四桥臂变流器为主电路设计了有源滤波器。为实现有源滤波器的PWM控制，对该有源滤波器在a口y坐标下的控制模型进行了分析。同时针对目前采用的一种基于滞环比较的空间矢量控制策略进行了详细分析，指出了该控制策略在三相四桥臂的有源滤波器应用中所具有的不足．在此基础上提出了一种新型的空间矢量控制策略。该新型空间矢量控制策略分别针对三相平衡和不平衡2种

2、情况选择相应的空间矢量．以实现对三相四线制系统的谐波抑制。对该新型控制策略进行了分析，并且通过仿真分析和试验对比。验证了新型空间矢量控制策略的控制效果。关键词：谐波抑制；有源滤波器；空间矢量控制；滞环控制中图分类号：TM935．2文献标识码：A文章编号：1006—6047(2008)12一0044—041并联型有源电力滤波器以三相四桥臂变流器作为主电路，设计了在三相四线制配电网中进行谐波抑制和无功补偿的有源电力滤波器(APF)，其基本原理如图l所示H-21。从图l可知，APF系统由2大部分组成，即电流检测及控制驱动部分和四桥臂变流电路部分。通过电流

3、检测环节。APF获得需补偿的谐波和无功电流的参考值，PWM控制电路按照一定的PWM控制策略[3-51产生控制信号通过驱动电路使四桥臂变流器工作。产生补偿电流，从而实现谐波抑制和无功补偿的功能【6。】。系统电源(a)并联APF系统结构两Lk．。热l‘b‰lloI．I．(_、．。毛。．～＼￡厂一一f_、e。．．．&．k一cu上，、，、，、^'r一n一I以＼“＼以＼“．(b)主电路图l四桥臂有源滤波器的结构Fig．1Structureoffour—legAPF收稿日期：2008—06—26；修回日期：2008—09—25C文献[8．9]提出了一种将滞环控

4、制与空间矢量控制相结合，通过空间电压矢量的实时选择切换．使电流误差被限制在一个给定的滞环内。从而获得较高品质的电流控制。该方法实现简单．参数调整方便，但在三相四线制系统中的应用还存在不足，本文将推导分析它的缺点，并给出具体的优化方法。2o猡y坐标下的主电路模型三相四桥臂变流器拓扑图如图l(b)所示，e。、eb、e。表示反电动势或电网相电压，￡。用来抑制中线电流开关纹波，变流器四桥臂的开关状态可分别用开关函数&、瓯、&和sn表示，为简化分析，忽略了死区影响，假设各臂上管和下管互补开通和关断：上管开通时开关函数值为1，反之为0。这里假设电感及变流器回路

5、中等效电阻为R。以滤波电感电流瓦、i。和厶为状态变量对滤波电感回路列写abc坐标下的方程可得：f‰1fdi。／dt1fi。1fe。1fdin／dt1I‰。I=￡ldib／dtl+Rlibl+Jeb

6、+三。Jdi。／dtl(1)【‰。j【diJdtJ[ioJLe。J【di。／dtJ对该方程进行abc／卿坐标的变换：f‰1『￡oo1『diJdt1『‘¨e。1

7、uof=10L0dio／dtJ+冠IipHel3I(2)【蜥J【00L+3LnJ【d‘／d￡J【oJ【％J其中，‰、‰、‰表示a,b、c相桥臂中点的电压。从公式(2)可知：在aJB7坐标下可实现电

8、流的解耦控制[10l，同时只要根据电流指令选择适当的电压矢量，从而在相间施加适当的‰、坳和嘶分量就可合成所需的电流分量屯、函和‘，即可合成任意所需的各相电感电流L、瓦、厶和i。。这样就可设计合适的电流调节器实现电流谐波成分及无功电流的补偿。万方数据第12期张国新，等：新型空问矢量控制策略在APF中的应用与优化o3基于空间电压矢量的电流控制策略及其特性分析每个桥臂的开关函数S(i=a，b，c，n)都可独立取0和l这2个值(假设取1时代表该桥臂上管导通，取0时代表该桥臂下管导通)，因此该APF共有16个开关状态，将每个开关状态相臂间电压地。、Ub。和‰

9、。变换至叩7坐标系下，可得到各个开关状态下相应的‰、坳和嘶值。表1给出了16个开关状态和各个相应的电压值，表中m表示空间电压矢量的序号。其中，各个状态序号是根据开关函数的二进制码值分配的。表lAPF开关状态及相应的各电压值Tab．1SwitchstatesofAPFandcorrespondingvoltages桥臂a．b、c的开关状态只影响“。和呦的取值，而桥臂n的开关状态只影响嘶的取值。‰、坳和嘶可取正、负及零值，故选用3个三电平比较器对APF电感输出电流i．,ib和瓦进行控制。电流调节方案框图如图2所示。!j网i：毯最高开关频率受限三电平比较

10、器三相四桥臂逆变器三相负载圈2电流调节方案框图Fig．2BlockdiagFamofcurrentregulation∞h