【正文】 ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ 圖 參考電壓矢量 Vref 在各個扇區(qū)中的 SVPWM 波形 至此， SVPWM 技術(shù)的理論方面的工作基本結(jié)束，總結(jié)包括： （ 1）、參考電壓矢量 Vref 所在扇區(qū)的確立； （ 2）、相鄰兩個基本向量作用時間的計算； （ 3）、飽和情況下相鄰兩個基本向量作用時間的計算； （ 4）、矢量作用時間的切換點確定與 PWM 脈沖的生成。 為了便于軟件設(shè)計定義了 X, Y, Z，從而得出各扇區(qū)基本矢量的作用時間如表 42 所示。通常有以下兩種方法 : (1)通過確定 Vref 旋轉(zhuǎn)的角度值來確定其所在的扇區(qū)。這種控制方法具有反應(yīng)快、開關(guān)頻率恒定、魯棒性強(qiáng)、易于實現(xiàn)、控制電路簡單等優(yōu)點。與三角載波控制相比，滯環(huán)比較控制具有開關(guān)損耗小、動態(tài)響應(yīng)快、魯棒性好、控制精度高等特點。 Akagi 于 1984 年提出，僅適用于對稱三相電路，后經(jīng)過不斷地改進(jìn)，現(xiàn)已包括 pq 法、 IpIq 法以及 dp 法等。主要適用于抵消非線性負(fù)載的諧波電流、無功補(bǔ)償及平衡三相系統(tǒng)中的不平衡電流等。圖 給出了八個基本電壓空間矢量的大小和位 置。 SVPWM技術(shù)最初是應(yīng)用在電機(jī)調(diào)速領(lǐng)域的，后來擴(kuò)展成為一種在整流 /逆變領(lǐng)域應(yīng)用廣泛的 PWM 方法。電網(wǎng)中的高次諧波會對電力系統(tǒng)中的各部分設(shè)備造成嚴(yán)重影響，因此，必須采取有效的措施來消除電網(wǎng)中的高次諧波。 有源電力濾波器的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 早在 20 世 紀(jì) 70 年代初，日本學(xué)者赤木泰文〔 Akagi H〕就提出了有源電力濾波器的概念，當(dāng)時由于電力電子器件制造水平的限制，這項技術(shù)沒有引起廣泛的關(guān)注。 電壓空間矢量脈寬調(diào)制 (SVPWM)技術(shù)發(fā)展概況 傳統(tǒng)的正弦脈寬調(diào)制 (SPWM)技術(shù)是從電源的角度出發(fā)的， 其著眼點是如何生成一個可以調(diào)頻調(diào)壓的三相對稱正弦波電源。 電壓空間矢量脈寬調(diào)制 (PWM)技術(shù)，又稱磁鏈追蹤型 PWM，它是從電動機(jī)的角度出發(fā)，著眼點在于如何使電動機(jī)獲得圓磁場。由于上述原因， PWM 技術(shù)頗引人 注意，人們對 PWM 技術(shù)進(jìn)行了深入的研究，得到了許多改進(jìn)的 PWM 方法。 隨著電力電子裝置等非線性電力負(fù)荷的廣泛應(yīng)用 ,電網(wǎng)諧波問題日益嚴(yán)重。 文章還詳細(xì)分析了 SVPWM 法的基本調(diào)制方式，在前人研究的基礎(chǔ)上對現(xiàn)有的 SVPWM 控制算法進(jìn)行了一些改進(jìn)，重點分析了過調(diào)制和扇區(qū)過渡兩種特殊情況下的控制算法。它的特點是控制靈活，有快速的動態(tài)響應(yīng)，可以進(jìn)行瞬時值控制。 交流一交流變流電路中的斬控式交流調(diào)壓電路和矩陣式變頻電路是PWM 控制技術(shù)在這類電路中應(yīng)用的代表。而且，傳統(tǒng)的高頻三角波與調(diào)制波比較生成 PWM 波的方式適合模擬電路，不適應(yīng)于現(xiàn)代化電力電子技術(shù)數(shù)字化的發(fā)展趨勢。當(dāng)前研究工作的關(guān)鍵是加快有源電力濾波器在生產(chǎn)實際中的應(yīng)用，提高實際應(yīng)用水平。 MATLAB /SIMULINK提供的 SimPower 工具箱基本涵蓋了電力系統(tǒng)建模和仿真的各個方面。三相定子相電壓 UA、 UB、 UC 分別加在三相繞組上，可以定義三個電壓空間矢量 uA0 、 uB0 、 uC0 ，它們的方向始終在各相的軸線上，而大小則隨時間按正弦規(guī)律做變化，時間相位互差 120176。其轉(zhuǎn)換式為： ????????????????????????????????UUUUUCBA232302121132?? （ 25） 根據(jù)式 ((25)，可將表 21 中與開關(guān)函數(shù) SA， SB， SC 相對應(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（論文）說明書 10 表 22 開關(guān)函數(shù)與相電壓在 ?? 坐標(biāo)系的分量 SA SB SC U? U? 矢量符號 0 0 0 0 0 U0 0 0 1 Ud61? Ud21? U1 0 1 0 Ud61? Ud21 U2 0 1 1 Ud32? 0 U3 1 0 0 Ud32 0 U4 1 0 1 Ud61 Ud21? U5 1 1 0 Ud61 Ud21 U6 1 1 1 0 0` U7 圖 在復(fù)平面下三相逆變器的基本電壓矢量圖 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 11 第三章 有源電力濾波器的研究 有源電力濾波器的數(shù)學(xué)模型 建立有源電力濾波器主電路的數(shù)學(xué)模型，并在此基礎(chǔ)上確定其控制系統(tǒng)的控制方案，即電流內(nèi)環(huán)與電壓外環(huán)的控制方法 。因此 , 很少單獨使用串聯(lián)型APF, 大多將其作為混合型 APF 的一部分。另外，該方法不能單獨分離出基波有功分量。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)。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。先計算出 N 值再由 N 值確定參考矢量所在的扇區(qū)。因此在此提出一工程實現(xiàn)方法：首先按照常規(guī)的方法計算出 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)將電壓矢量端點軌跡端點拉回至正六邊形內(nèi)切圓內(nèi)時兩非零矢量作用時間分別為 Tx, 、 Ty, ，具體如下文： 在實際系統(tǒng)中當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生突變時，即電流發(fā)生較大突變時，數(shù)字電流環(huán)提供的參考電壓矢量很可能會超過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，必須對其進(jìn)行飽和判斷。 MATLAB 是由 Math Works 公司開發(fā)的一種主要用于數(shù)值計算及可視化圖 形處理的高科技計算語言。在一個載波周期中，三個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。 無論 Vref 運(yùn)動到哪一個扇區(qū)，在一個開關(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。 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 18 圖 空間矢量分布圖 由圖 可知， 6 個有效矢量把 ?? 坐標(biāo)平面分成六個扇區(qū) I ~VI。他利用前一時刻補(bǔ)償電流的參考 值和實際值，計算出下一時刻的電流參考值及各種開關(guān)狀態(tài)下的逆變器電流輸出值，然后選擇某種開關(guān)模式作為下一時刻的開關(guān)狀態(tài)，從而達(dá)到電流誤差等于零的目標(biāo)。 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，另外國內(nèi)外的學(xué)者還對變結(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。該類 APF 的主要問題是控制復(fù)雜、造價較高。 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（論文）說明書 12 ???????????????????????euUidieuUidieuUididcccccbndccbcbandccacaSCRdtLSBRdtLSARdtL （ 33） 假設(shè)是三相對稱系統(tǒng)，則有： ????? ??? ??? 00e iii ee cccbca cba （ 34） 先把式 (33)中三個式子相加，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)中的開關(guān)狀態(tài)與相電壓和線電壓的對應(yīng)關(guān)系可以驗證結(jié)果的正確性。三個橋臂只有“ 1”和“ 0”兩種狀態(tài)，因此開關(guān)函數(shù) SX(X=A, B, C)是一個二值變量，上橋臂器件導(dǎo)通時 SX=1，下橋臂器件導(dǎo)通時 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。 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 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，對電流波形一般只能采取間接控制。SVPWM 控制技術(shù)是一種優(yōu)化了的 PWM 控制技術(shù)。并且，由于 SVPWM 有多種調(diào)制方式，所以 SVPWM 控制方式可以通過改變其調(diào)制方式來減少逆變器功率器件開關(guān)次數(shù)，從而降低功率器件的開關(guān)損耗，提高控制性能。 PWM 控制技術(shù)用于整流電路即構(gòu)成 PWM 整流電路。 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（論文）說明書 3 預(yù)定相位法的共同特點是控制性能好，抗干擾性好，可以最優(yōu)化，但無法進(jìn)行瞬時值控制。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題，為近代交流調(diào)速系統(tǒng)開辟了新的發(fā)展領(lǐng)域。 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 I 摘要 隨著全控型快速半導(dǎo)體自開關(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。s improved control method is simulated dynamically by using proved the accuracy of the improved control method by analyzing the result of simulation.. The simulated model of active power filter fed by SVPWM inverter is set up. Keywords： Harmonic Compensation； SVPWM； Active Power Filter； Matlab 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 III 目錄