【正文】 。因此 ,諧波抑制已成為當(dāng)今電能質(zhì)量領(lǐng)域中的重要研究課題之一。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) I 摘要 隨著全控型快速半導(dǎo)體自開(kāi)關(guān)器件和智能型高速微控制芯片的發(fā)展，數(shù)字化 PWM 成為 PWM 控制技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。有源電力濾波器(Active Power Filter—— APF),具有無(wú)源濾波器所無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn) ,是今后配電系統(tǒng)諧波抑制裝置的發(fā)展方向。用這種技術(shù)構(gòu)成的 PWM 變頻器基本上解決了常規(guī)六拍階梯波變頻器中存在的問(wèn)題，為近代交流調(diào)速系統(tǒng)開(kāi)辟了新的發(fā)展領(lǐng)域。為了改善輸出波形、減低諧波含量以及優(yōu)化某項(xiàng)性能指標(biāo)，人們又將 SPWM 技術(shù)進(jìn)行了優(yōu)化和完善，提出了各類新型 SPWM 方法，圖 列出了這些新型方法。 三角載波調(diào)制法 ▽調(diào)制法 SVPWM 正弦調(diào)制波 梯形調(diào)制波 正弦矩形調(diào)制波 矩形調(diào)制波 跟蹤型 PWM 法 磁鏈追蹤型 PWM 法 預(yù)定相位法 相移 PWM 法 其他優(yōu)化調(diào)制波 諧波消除法 改進(jìn) SPWM 法 最優(yōu) PWM 法 正弦脈寬調(diào)制方法 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 3 預(yù)定相位法的共同特點(diǎn)是控制性能好，抗干擾性好，可以最優(yōu)化，但無(wú)法進(jìn)行瞬時(shí)值控制。 PWM 控制技術(shù)在交 直、直一直、交一交、直一交所有四大類交流電路中都已得到了廣泛地應(yīng)用。 PWM 控制技術(shù)用于整流電路即構(gòu)成 PWM 整流電路。并且 SPWM 逆變器是基于調(diào)節(jié)脈沖寬度和間隔來(lái)實(shí)現(xiàn)接近于正弦波的輸 出電流，這種調(diào)節(jié)會(huì)產(chǎn)生某些高次諧波分量，引起電機(jī)發(fā)熱，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)過(guò)大甚至?xí)炱鹣到y(tǒng)振蕩。并且，由于 SVPWM 有多種調(diào)制方式，所以 SVPWM 控制方式可以通過(guò)改變其調(diào)制方式來(lái)減少逆變器功率器件開(kāi)關(guān)次數(shù)，從而降低功率器件的開(kāi)關(guān)損耗，提高控制性能。我國(guó)在有源電力濾波器方面的研究起步較晚， 1989 年才有這方面研究的文章出現(xiàn)，1993 年才見(jiàn)到試驗(yàn)性的工業(yè)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)。SVPWM 控制技術(shù)是一種優(yōu)化了的 PWM 控制技術(shù)。與無(wú)源濾波器 ( PF)相比 ,電力有源濾波器能對(duì)變化的諧波進(jìn)行迅速的動(dòng)態(tài)跟蹤補(bǔ)償，而且補(bǔ)償特性不受電網(wǎng)阻抗的影響。 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 7 第二章 空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)的理論基礎(chǔ) 傳統(tǒng)的 SPWM 控制技術(shù)主要著眼于使逆變器輸出電壓盡量接近正弦波，對(duì)電流波形一般只能采取間接控制。電動(dòng)機(jī)的三相定子繞組可以定義一個(gè)三相平面靜止坐標(biāo)系，如圖 。三個(gè)橋臂只有“ 1”和“ 0”兩種狀態(tài)，因此開(kāi)關(guān)函數(shù) SX(X=A, B, C)是一個(gè)二值變量，上橋臂器件導(dǎo)通時(shí) SX=1，下橋臂器件導(dǎo)通時(shí) SX=0 0 (SA, SB, SC)組合在一起，一共有 8 種基本工作狀態(tài) ，即： 100，110， 010， 011， 001， 101， 111， 000。 表 21 中的線電壓和相電壓值是在圖 所示的三相 ABC 平面坐標(biāo)系中。 根據(jù)基爾霍夫電壓定律得到有源電力濾波器的數(shù)學(xué)模型為： ????????????????????idieuidieuidieucccccccbcbbbcacaaaRdtLRdtLRdtL （ 31） 并且有： uUSXu ndcx ?? (32) 將式（ 32）代入式（ 31）可得： 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 12 ???????????????????????euUidieuUidieuUididcccccbndccbcbandccacaSCRdtLSBRdtLSARdtL （ 33） 假設(shè)是三相對(duì)稱系統(tǒng)，則有： ????? ??? ??? 00e iii ee cccbca cba （ 34） 先把式 (33)中三個(gè)式子相加，再將式 (34 )代入整理后可得： U d SCSBSA 3u ???? （ 35） 將式（ 35）代入式（ 33）得： ??????????????????????????eUidieUidieUidicdcccccbdccbcbadccacaSASBSCRdtLSCSASBRdtLSCSBSARdtL323232 (36) 式 (36 )即由開(kāi)關(guān)函數(shù)描述的有源電力濾波器的數(shù)學(xué)模型，并且可知三相電壓為： ??????????????????USASBSCuUSCSASBuUSCSBSAudccdcbdca323232 （ 37） 結(jié)合 SVPWM 技術(shù)中的開(kāi)關(guān)狀態(tài)與相電壓和線電壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系可以驗(yàn)證結(jié)果的正確性。通過(guò) 1 個(gè)匹配變壓器將 APF 串聯(lián)在電源和負(fù)載之間 , 以消除電壓諧波 , 平衡或調(diào)整負(fù)載的端電壓。該類 APF 的主要問(wèn)題是控制復(fù)雜、造價(jià)較高。但該方法以平均有功功率理論為基礎(chǔ)，至少存在一個(gè)工頻周期的延時(shí)，實(shí)時(shí)性較差 。 APF 的補(bǔ)償電流控制方法 目前電力有源濾波器的閉環(huán)控制策略中最常用的是 PI 控制，另外國(guó)內(nèi)外的學(xué)者還對(duì)變結(jié)構(gòu)控制，模糊控制和人工神經(jīng)網(wǎng)控制等現(xiàn)代新型控制方法進(jìn)行了研究。為了解決開(kāi)關(guān)頻率變化的問(wèn)題 ,提出了基于電壓矢量的滯環(huán)電流控制法。他利用前一時(shí)刻補(bǔ)償電流的參考 值和實(shí)際值，計(jì)算出下一時(shí)刻的電流參考值及各種開(kāi)關(guān)狀態(tài)下的逆變器電流輸出值，然后選擇某種開(kāi)關(guān)模式作為下一時(shí)刻的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，從而達(dá)到電流誤差等于零的目標(biāo)。傳統(tǒng)的 SPWM 方法從電源的角度出發(fā)，以生成一個(gè)可調(diào)頻調(diào)壓的正弦波電源，而 SVPWM 方法將逆變系統(tǒng)和異步電機(jī)看作一個(gè)整體來(lái)考慮，模型比較簡(jiǎn)單，也便于微處理器的實(shí)時(shí)控制。 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 18 圖 空間矢量分布圖 由圖 可知， 6 個(gè)有效矢量把 ?? 坐標(biāo)平面分成六個(gè)扇區(qū) I ~VI。 本文采用第二種方法，通過(guò) 23 坐標(biāo)變換得： ????????????)(22)2121(32uuVuuuVcbcba?? （ 43） 設(shè) N=A+2B+4C，由式 (43 )可知： （ 1） 若 V? 0，即 ubc 0 則 A=1，則 A=0； （ 2） 若 V3 ??V 0 即 uab 0 則 B=1，否則 B=0； （ 3） 若 V3 ??V? 0 即 uca 0 則 C=1，否則 C=0。 無(wú)論 Vref 運(yùn)動(dòng)到哪一個(gè)扇區(qū)，在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期 Ts 內(nèi)， 它都可以由該扇區(qū)兩邊的基本電壓矢量與零矢量合成。理論上可以 對(duì)端點(diǎn)超出正六邊形的部分進(jìn)行壓縮，保持其相位不變，將其端點(diǎn)拉回至正六邊形的內(nèi)切圓內(nèi)。在一個(gè)載波周期中，三個(gè)比較值具體分配給哪一相可由各扇區(qū) PWM 波形確定， Tcm1 應(yīng)分配給輸出占空比最大的相， Tcm3 分配給占空比最小的相。近 30 年來(lái)，控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)達(dá)到了相當(dāng)高的水平，出現(xiàn)了很多的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)語(yǔ)言和應(yīng)用軟件。 MATLAB 是由 Math Works 公司開(kāi)發(fā)的一種主要用于數(shù)值計(jì)算及可視化圖 形處理的高科技計(jì)算語(yǔ)言。 表 43 切換點(diǎn) Tcm1 、 Tcm2 、 Tcm3 的賦值表 扇區(qū)號(hào) Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Tcm1 Ta Tb Tc Tc Tb Ta Tcm2 Tb Ta Ta Tb Tc Tc Tcm3 Tc Tc Tb Ta Ta Tb 其他扇區(qū)的開(kāi)關(guān)切換順序和切 換點(diǎn)，如表 44 所示： 表 44 各扇區(qū)的開(kāi)關(guān)切換順序和切換點(diǎn) 扇區(qū) 開(kāi)關(guān)切換順序 切換點(diǎn) Ⅰ V0 V1 V2 V7 V2 V1 V0 Ta Tb Tc Ⅱ V0 V3 V2 V7 V2 V3 V0 Tb Ta Tc Ⅲ V0 V3 V4 V7 V4 V3 V0 Tc Ta Tb Ⅳ V0 V5 V4 V7 V4 V5 V0 Tc Tb Ta Ⅴ V0 V5 V6 V7 V6 V5 V0 Tb Tc Ta Ⅵ V0 V1 V6 V7 V6 V1 V0 Ta Tc Tb 通過(guò)各開(kāi)關(guān)的切換，可以得到所希望的 PWM 波形。因此在此提出一工程實(shí)現(xiàn)方法：首先按照常規(guī)的方法計(jì)算出 Tx 、 Ty 后，接著判斷 TTT Syx ?? 是否成立，如成立，則 Tx 、 Ty 保持不變；如不成立，則設(shè)將電壓矢量端點(diǎn)軌跡端點(diǎn)拉回至正六邊形內(nèi)切圓內(nèi)時(shí)兩非零矢量作用時(shí)間分別為 Tx, 、 Ty, ，具體如下文： 在實(shí)際系統(tǒng)中當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生突變時(shí)，即電流發(fā)生較大突變時(shí)，數(shù)字電流環(huán)提供的參考電壓矢量很可能會(huì)超過(guò)逆變器輸出的最大電壓，為了保證合適的空間矢量調(diào)制方案，必須對(duì)其進(jìn)行飽和判斷。 本文下面將以第一扇區(qū)為例，詳細(xì)介紹電壓矢量作用時(shí)間的求解過(guò)程。先計(jì)算出 N 值再由 N 值確定參考矢量所在的扇區(qū)。而事實(shí)上由于受到開(kāi)關(guān)頻率和基本電壓矢量組合有限的約束，Vref 端點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡通常為多邊形，然而隨著開(kāi)關(guān)頻率的提高，其端點(diǎn)的多邊形軌跡會(huì)逼近圓形。將得到的三相參考電壓矢量變換為兩相 靜止 ?? 坐標(biāo)系下 ? 軸與 ? 軸的分量 V? 、 V? ，并且確定 PWM 周期與直流側(cè)電壓后能進(jìn)行 SVPWM 控制。 （又稱積分復(fù)位控制） 單周控制技術(shù)具有調(diào)制和控制的雙重性 ,通過(guò)復(fù)位開(kāi)關(guān)、積分器、觸發(fā)電路及比較器達(dá)到跟蹤指令信號(hào)的目的。包括控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，跟蹤，自適應(yīng)及不確定等系統(tǒng)。 目前 PWM生成方式的研究主要集中在載波比較法、滯環(huán)控制法、無(wú)差拍控制法和空間矢量法等方法上： 將電流實(shí)際值與參考值之間的偏差經(jīng) P I 調(diào)制后與高頻三角載波相比較，所得矩形脈沖作為逆變器開(kāi)關(guān)元件的控制信號(hào)，從而在逆變器輸出端獲得所需波形。另外，該方法不能單獨(dú)分離出基波有功分量。其基本思想是利用模擬帶 (或陷波 )濾波器進(jìn)行諧波檢測(cè)時(shí)他的缺點(diǎn)是 :當(dāng)電網(wǎng)頻率波動(dòng)時(shí) ,所設(shè)計(jì)的濾波器中心頻率會(huì)發(fā)生偏移 ,加上該中心頻率易受器件參數(shù)及溫度影響 ,會(huì)使檢測(cè)出的諧波信號(hào)中含有大量基波分量，增加了 APF 的設(shè)計(jì)容量和有功損耗，因此，已基本不用。因此 , 很少單獨(dú)使用串聯(lián)型APF, 大多將其作為混合型 APF 的一部分。 （ 1）并聯(lián)型 APF 圖 為并聯(lián)型 APF 基本結(jié)構(gòu)。其轉(zhuǎn)換式為： ????????????????????????????????UUUUUCBA232302121132?? （ 25） 根據(jù)式 ((25)，可將表 21 中與開(kāi)關(guān)函數(shù) SA， SB， SC 相對(duì)應(yīng)的相電壓轉(zhuǎn)換成?? 平面直角坐標(biāo)系中的分量，轉(zhuǎn)換結(jié)果見(jiàn)表 22 和圖 SA SB SC UA UB UC UAB UBC UCA 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 3Ud? 3Ud? 32Ud 0 Ud? Ud 0 1 0 3Ud? 32Ud 3Ud? Ud Ud 0 0 1 1 32Ud? 3Ud 3Ud Ud 0 Ud 1 0 0 32Ud 3Ud? 3Ud? Ud 0 Ud 1 0 1 3Ud 32Ud? 3Ud Ud Ud 0 1 1 0 3Ud 3Ud 32Ud? 0 Ud Ud 1 1 1 0 0 0 0 0 0 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 10 表 22 開(kāi)關(guān)函數(shù)與相電壓在 ?? 坐標(biāo)系的分量 SA SB