【正文】 目前， MATLAB (Matrix Laboratory)是當(dāng)今國(guó)際上最流行的控制系統(tǒng)輔助設(shè)計(jì)的語(yǔ)言和軟件工具。 根據(jù)上述分析以及連續(xù)開(kāi)關(guān)調(diào)制模式下各扇區(qū)的 PWM 波形可得出以下結(jié)論： 定義： ????????????????224)(TTTTTTTTTTybcxabyxsa （ 421） 則在不同的扇區(qū)內(nèi) A, B, C 三相對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)時(shí)間可用 Tcm1 、 Tcm2 、 Tcm3 ，根據(jù)表 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 24 43 進(jìn)行賦值。但是在實(shí)際運(yùn)用中需對(duì)電壓矢量的端點(diǎn)軌跡是否超出正六邊形內(nèi)切圓進(jìn)行判斷，再進(jìn)行Tx 、 Ty 、 T0 的計(jì)算，具體工程實(shí)現(xiàn)比較麻煩。其矢量合成方程如下： Vref Ts =Vx Tx +Vy Ty +V0 T0 （ 44） 其中： Ts =Tx +Ty +T0 式中： Tx 、 Ty 為每個(gè)扇區(qū)所對(duì)應(yīng)的電壓矢量作用時(shí)間。 可見(jiàn)，坐標(biāo)變換法的實(shí)質(zhì)是通過(guò)確定變流器輸出的三相線(xiàn)電壓的極性來(lái)判斷參考電壓矢量所在的扇區(qū)。如果參考電壓矢量 Vref 是勻速旋轉(zhuǎn)，可使其端點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡為圓形，從而可得到三相對(duì)稱(chēng)的正弦量。 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 17 第四章 SVPWM 控制算法 SVPWM 控制算法的原理是對(duì)變流器各開(kāi)關(guān)器件的控制信號(hào)進(jìn)行不同組合，然后控制各開(kāi)關(guān)器件的通斷使變流器輸出的電壓空間矢量逼近由三相電壓為標(biāo)準(zhǔn)的正弦波所合成的電壓空間矢量。該方法的優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)態(tài)響應(yīng)快且易于計(jì)算機(jī)執(zhí)行，缺點(diǎn)是計(jì)算量大、對(duì)系統(tǒng)參數(shù)依賴(lài)性較大、魯棒性差、瞬態(tài)響應(yīng)的超調(diào)量大。 變結(jié)構(gòu)控制是一種控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，適用于線(xiàn)線(xiàn)性及 非線(xiàn)性系統(tǒng) 。 APF 控制策略還包括開(kāi)關(guān)器件的 PWM 脈沖信號(hào)的形成 [7]。并且當(dāng)電源電壓存在畸變時(shí)，與電壓諧波同次的諧波電流 (有功部分 )將被淹沒(méi)一部分。 圖 串聯(lián) — 并聯(lián)型有源濾波器結(jié)構(gòu) 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 14 APF 的諧波檢測(cè)方法 這是最早應(yīng)用于指令電流運(yùn)算的一類(lèi)方法。與并聯(lián)型 APF 相比 , 串聯(lián)型 APF 損耗較大 , 且各種保護(hù)電路 也較復(fù)雜。 APF 的種類(lèi) APF 的結(jié)構(gòu)形式很多，但其基本原理都是類(lèi)似的， 按電路拓樸結(jié)構(gòu)可分為并聯(lián)型 APF、串聯(lián)型 APF 和串 并聯(lián)型 APF。利用 clark 變換，可將三相 ABC 平面坐標(biāo)系中的相電壓轉(zhuǎn)換到 ?? 平面坐標(biāo)系中去。其中前六個(gè)工作狀態(tài)是有效的，稱(chēng)做非零矢量；后兩個(gè)工作狀態(tài)稱(chēng)做零矢量。 圖 電壓空間矢量 這是一個(gè)特殊的坐標(biāo)系， A, B, C 分別表示在空間靜止不動(dòng)的電機(jī)定子三相繞組的軸線(xiàn)，它們?cè)诳臻g互差 120176。而在 實(shí)際應(yīng)用中，異步電機(jī)需要輸入電流盡量接近正弦波，從而在空間上形成圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，產(chǎn)生穩(wěn)定的電磁轉(zhuǎn)矩。 有源電力濾波器是當(dāng)前對(duì)電網(wǎng)中諧波污染補(bǔ)償或抵消的有效手段，本文對(duì)有源電力濾波系統(tǒng)的工作原理進(jìn)行了理論研究和分析。和傳統(tǒng)的 SPWM 法相比，SVPWM 法具有直流利用率高 (比傳統(tǒng)的 SPWM 法提高了約 15%)，諧波少，控制簡(jiǎn)單，易于數(shù)字化實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。但近十幾年來(lái)，越來(lái)越多的研究單位對(duì)有源濾波技術(shù)開(kāi)展了深入的理論研究和實(shí)驗(yàn)，這些研究有的已達(dá)到或接近國(guó)際先進(jìn)水平。在同樣的采樣頻率下，采用開(kāi)關(guān)損耗模式 SVPWM 法的逆變器的功率器件開(kāi)關(guān)次數(shù)比采用常規(guī) SVPWM法逆變器的功率器件開(kāi)關(guān)次數(shù)減少了 1/3，大大降低了功率器件的開(kāi)關(guān)損耗。一些學(xué)者在此基礎(chǔ)上提出了選擇諧波消除法和梯形脈寬調(diào)制法 (PWM)，但指定諧波消除法運(yùn)算量大，且占用相當(dāng)大的內(nèi)存，實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較困難； TPWM 逆變器輸出波形中諧波分量比 SPWM 逆變器還多，結(jié)果并不理想。這種技術(shù)可以看成逆變電路中 PWM 控制技術(shù)向整流電路的延伸。 直流斬波電路實(shí)際上就是直流 PWM 電路，這是 PWM 控制技術(shù)應(yīng)用較早也成熟較早的一類(lèi)電路，把直流斬波電路應(yīng)用于直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，就構(gòu)成廣泛應(yīng)用的直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)。 ▽ 調(diào)制法：又稱(chēng)跟蹤 PWM 法或自適應(yīng)電流控制 PWM，該技術(shù)是基于電流控制的，將實(shí)際的輸出電流與調(diào)制波相比較，在電流超出某一規(guī)定的滯后區(qū)域情況下，控制逆變器反相，使電流衰減，反之亦然，迫使實(shí)際電流在所需的滯后區(qū)域之內(nèi)跟蹤調(diào)制波。 三角載波調(diào)制法：目前，這種方法應(yīng)用最為廣泛，正弦調(diào)制波 ((SPWM)脈寬調(diào)制方法 按輸出電壓極性 按調(diào)制信號(hào)形狀 按開(kāi)關(guān)頻率 單極性 PWM 雙極性 PWM 正弦波 PWM 矩形波 PWM 同頻式 倍頻式 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 2 是它的基本型，其它 形狀的調(diào)制波主要是為了提高直流電源的利用率并改善輸出正弦波形的頻譜。隨著全控型快速半導(dǎo)體自開(kāi)關(guān)器件的發(fā)展， PWM(Pulse Width Modulation)控制技術(shù)得到了快速的發(fā)展。 本文在綜述并聯(lián)型有源電力濾波器的結(jié)構(gòu)、原理和控制方法的基礎(chǔ)上 ,著重研究了電壓空間矢量 PWM 控制技術(shù)在有源電力濾波器中的應(yīng)用。但是傳統(tǒng)的 SPWM 法比較適合模擬電路實(shí)現(xiàn)，不適應(yīng)于現(xiàn)代電力電子技術(shù)數(shù)字化的發(fā)展趨勢(shì)。它不僅影響著電力用戶(hù)的用電質(zhì)量 ,也威脅著電力系統(tǒng)的安全 、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。t reach and it is the development trend of harmonic suppression in power . The structure, principle and control strategy are summarized in the paper, and the use of space vector PWM in APF is studied in detail. At the same time,the basic modulation method of SVPWM is analyzed improvements are carried in the existed control method of SVPWM on the basis of fore person39。圖 列出了脈寬調(diào)制方法的分類(lèi)。采樣式 SPWM 法使脈沖寬度正比于該等份的正弦波面積。它是以三相對(duì)稱(chēng)正弦波電壓供電時(shí)交流電動(dòng)機(jī)的理想磁鏈圓為基準(zhǔn)，用逆變器不同開(kāi)關(guān)模式所產(chǎn)生的實(shí)際磁鏈?zhǔn)噶縼?lái)追蹤基準(zhǔn)磁鏈圓，由追蹤的結(jié)果決定逆變器的開(kāi)關(guān)模式，形成 PWM 波。除功率很大的逆變裝置外，不用 PWM 控制的逆變電路已十分少見(jiàn)。常規(guī) SPWM 法已被廣泛地應(yīng)用于逆變器中，然而常規(guī) SPWM 不能充分利用饋電給逆變器的直流電壓，逆變器最大相電壓基波幅值與逆變器直流電壓比值為 1/2，即逆變器輸出相電壓峰值最大為 Ud (Ud 為逆變器的直流電壓 )，直流利用率低。具體地說(shuō)，它是以三相對(duì)稱(chēng)正弦波電壓供電下三相對(duì)稱(chēng)電動(dòng)機(jī)定子理想磁鏈圓為基準(zhǔn)，由三相逆變器不同開(kāi)關(guān)模式下所形成的實(shí)際磁鏈?zhǔn)噶縼?lái)追蹤基準(zhǔn)磁鏈圓，在追蹤的過(guò)程中，逆變器的開(kāi)關(guān)模式作適當(dāng)?shù)那袚Q，從而形成PWM 波。直到 80 年代，隨著大中功率全控型半導(dǎo)體器件的成熟，脈寬調(diào)制(PWM )控制技術(shù)的進(jìn)步以及赤木泰文〔 Akagi H〕瞬時(shí)無(wú)功功率理論的提出，有源電力濾波器才得到迅速發(fā)展和完善。故一直以來(lái)人們都在努力研制一種新型的易于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的 PWM 控制方法。目前大量采用并聯(lián)型無(wú)源濾波器來(lái)抑制諧波，但由于并聯(lián)型的無(wú)源濾波器存在不少問(wèn)題，影響到實(shí)際應(yīng)用。 對(duì) SVPWM 的控制算法進(jìn)行詳細(xì)地分析和推導(dǎo)。本節(jié)將從傳統(tǒng)的磁鏈跟蹤角度來(lái)介紹 SVPWM 技術(shù)的基本原理。圖 中的 V1V6 是 6 個(gè)功率開(kāi)關(guān)管，引入開(kāi)關(guān)函數(shù) SA, SB 和 SC，分別代表三個(gè)橋臂的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。其中非零矢量的幅值相同 (模長(zhǎng)為 2Ud/3)，相鄰的矢量間隔 60176。 三相三線(xiàn)制并聯(lián)型有源電力濾波器主電路如圖 所示，圖中， ee cbae、 為三相電源電壓，將點(diǎn) O 作為零電位參考點(diǎn)得到的 A, B, C, N 這四個(gè)點(diǎn)的電壓可以表示為 ua 、 ub 、 uc 、 un ， R 和 L 分別表示主電路交流側(cè)的等效電阻和電感， ica 、 icb 、 icc 是有源電力濾波器的補(bǔ)償電流， Udc 是直流側(cè)電容兩端的電壓。并聯(lián)型 APF 在技術(shù)上比較成熟。并聯(lián)型 APF 提供一個(gè)零阻抗的諧波支路，把負(fù)載中的諧波電流吸收掉。 pq 法最早應(yīng)用，僅適用于對(duì)稱(chēng)三相且無(wú)畸變的電網(wǎng)； IpIq 法不僅對(duì)電源電壓畸變有效，而且也適用于不對(duì)稱(chēng)三相電網(wǎng)；基于同步旋轉(zhuǎn) park 變換的 dq 法不僅簡(jiǎn)化了對(duì)稱(chēng)無(wú)畸變下的指令電流運(yùn)算，而且也適用于不對(duì)稱(chēng)、有畸變的電網(wǎng)。 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 15 針對(duì)三相不平衡系統(tǒng)提出了同步測(cè)定法 ,可分為等功率法、等電流法和等電阻法 3 類(lèi) ,即把補(bǔ)償分量分配到三相中去 ,分別使補(bǔ)償后的每相功率、每相電流或每相電阻相等。其缺點(diǎn)是系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)頻率、響應(yīng)速度及電流的跟蹤精度均受滯環(huán)帶寬影響。本質(zhì)上可視為帶寬等于零的滯環(huán)比較控制 ,所以他同樣存在開(kāi)關(guān)頻率高、變化范圍大的缺點(diǎn)。 SVPWM ( Space Vector Pulse Width Modulation) 技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)： 直流側(cè)電壓的利用率比 SPWM 提高 15%；采用不連續(xù)開(kāi)關(guān)方式調(diào)制時(shí)，開(kāi)關(guān)器件的損耗降低 31 ；調(diào)制方法便于數(shù)字實(shí)現(xiàn)。 ，因此稱(chēng)為有效矢量； V0 與 V7 是零矢量。 (2)通過(guò) 3/2 坐標(biāo)變換，將三相參考電壓矢量變換為兩相 ?? 靜止坐標(biāo)系中? 軸與 ? 軸的分量 V? 、 V? 。在傳統(tǒng) SVPWM 算法中用到了空間角度及三角函數(shù)，數(shù)字實(shí)現(xiàn)時(shí)需要預(yù)先計(jì)算并存儲(chǔ)大 量數(shù)據(jù)。 ?????????????????VTVVZVTVVYVVTXdcsdcsdcs)2323()2323(3????? (415) 表 42 各扇區(qū)基本矢量的作用時(shí)間 以上討論的是常規(guī) SVPWM 模式，此時(shí)電壓矢量端點(diǎn)軌跡位于正六邊形的內(nèi)切圓內(nèi)，屬于線(xiàn)性調(diào)制的范圍。對(duì)于第 I 扇區(qū)，一個(gè)周期內(nèi)生成的三相調(diào)制波形如圖 所示，其基本矢量切換點(diǎn) Ta 、 Tb 、 Tc 的計(jì)算公式如下： ??????????????224)(2121TTTTTTTTTTbcabsa （ 419） tUU0U1U2U7U7U2U 1 U0 圖 扇區(qū)Ⅰ內(nèi)的 SVPWM 調(diào)制波形示意圖 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 23 圖 第一扇區(qū)的三相調(diào)制波形 圖中包括三角載波和三相輸出電壓波形及該扇區(qū)的電壓空間矢量序列，設(shè) Tcm1 、 Tcm2 、 Tcm3 分別為、與三角波進(jìn)行比較以產(chǎn)生 P WM 波形的三個(gè)比較值，先假定三角載波幅值和周期相等，要保證各矢量持續(xù)的時(shí)間，應(yīng)如下計(jì)算比較值： ?????????????????????224)(24)(4)(321TTTTTTTTTTTTTTTyxyxscmxyxscmyxscm （ 420） 其中， Tx 、 Ty 為兩個(gè)非零矢量的作用時(shí)間， Tx 、 Ty 在不同扇區(qū)中對(duì)應(yīng)不同矢量的作用時(shí)間，具體對(duì)應(yīng)哪個(gè)矢量可由各扇區(qū)矢量順序確定。 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 26 第五章 SVPWM 控制算法仿真 5. 1 MATLAB 動(dòng)態(tài)仿真工具 SIMULINK 簡(jiǎn)介 隨著控制理論和控制系統(tǒng)的迅速發(fā)展，對(duì)控制效果的要求越來(lái)越高，控制 算法也越來(lái)越復(fù)雜，因而控制器的設(shè)計(jì)也越來(lái)越困難。 MATLAB 具有三大特點(diǎn) : 功能強(qiáng)大：包括數(shù)值計(jì)算和符號(hào)計(jì)算，計(jì)算。 圖 給出了各扇區(qū)的 PWM 波形，這些波形統(tǒng)統(tǒng)由各扇區(qū)中