【正文】 最后，感謝我的母校，感謝電氣信息學院，感謝電氣工程及其自動化所有的幫助關(guān)心過我的老師和同學。本論文的撰寫過程中參閱了大量的文獻資料，向這些文獻的原作者們表示感謝。在此，謹向阮老師致以衷心的感謝和最崇高的敬意！作者還要感謝王同學，在論文寫作期間他們給我許多熱情無私的幫助，幫我解決了許多難題，讓我的知識得以豐富。36 / 42致謝本論文自始自終是在阮老師的悉心指導下完成的。故而大部分筆墨都是有關(guān) SVPWM 技術(shù)的理論和仿真，有源電力濾波器只是簡單涉及。（2）在分析有源電力濾波器等值電路的基礎(chǔ)上，探討了空間矢量控制技術(shù)應(yīng)用于并聯(lián)有源電力濾波器的原理，推導了有源電力濾波器的空間矢量控制方程，并建立了空間矢量控制的數(shù)學模型，利用 matlab 仿真軟件搭建了并聯(lián)有源電力濾波器的仿真電路，并通過仿真證實了使用該控制策略的有源電力濾波器具有較好的補償性能。設(shè)計了基于空間矢量控制的有源電流濾波器的實驗系統(tǒng)，通過補償性能測試對空間矢量 PWM 控制方法進行了實驗驗證?？梢詾橛性措娏V波器實際的研制工作提供參考和依據(jù),具有重要的指導意義。電力有源濾波器是很有前景的一個諧波抑制手段。3．在仿真過程有不少參數(shù)設(shè)置問題，要多加調(diào)試4. 電力諧波廣泛存在于電力電網(wǎng)之中，嚴重威脅著人類賴以生存的電力環(huán)境。實際應(yīng)用中應(yīng)選用 DSP 進行數(shù)字控制運算，以減小延時。根據(jù)給定的仿真條件和計算的各參數(shù)，建立 APF 系統(tǒng)進行仿真，當負載系統(tǒng)為三相不可控整流橋時，以 A 相為例得到的仿真得到的波形如圖所示：32 / 42圖 A 相負載電路上電流波形圖 A 相負載電路上電流諧波分量33 / 42圖 pwm 波圖 補償后的電流波形 仿真結(jié)果分析 1．對目前諧波電流檢測方法和補償電流控制策略的基本原理進行對比分析可以發(fā)現(xiàn)目前還沒有一種非常理想的檢測方法能夠既快速又準確的檢測出要補償?shù)闹C波和無功分量。31 / 42圖 諧波電流檢測仿真圖說明：PWM 發(fā)生模型被組合成一個子系統(tǒng)，產(chǎn)生的 PWM 波送至逆變橋控制IGBT 器件的開關(guān)。電氣模塊進入常規(guī)模塊時，一般采用電壓測量模塊或電流測量模塊作為中間接口環(huán)節(jié)。電氣系統(tǒng)模塊庫中的 Powerlib 模塊與常規(guī) SIMULINK 模塊有本質(zhì)的區(qū)別，在仿真前的初始化過程中，需要把 Powerlib模塊的系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為 SIMLTLINK 能夠仿真的等效系統(tǒng)，這些處理過程對用戶是屏蔽的。而在本節(jié)中將通過建立 SVPWM 逆變器供電下三相有源電力濾波器系統(tǒng)仿真模型，對 SVPWM 的算法進行詳細地仿真分析，同時對 SVPWM 逆變器供電下三相有源電力濾波器系統(tǒng)動態(tài)性能進行仿真分析。給定 PWM 周期(即采樣周期) 和母線直流電壓 ，參考電壓矢量 在 A, B, C 軸系下的分量由三相Ts UdcVref對稱正弦電壓( 、 、 )提供，逆變器的輸出電壓為實時產(chǎn)生的 SVPWMab波。調(diào)制波為 、 、 ，載波是周期為 ，高度為 的三角波。29 / 42圖 計算 、 、Tcm12cm3圖 給出了在 Simulink 中實現(xiàn)逆變器和 PWM 的仿真圖。圖 計算 、 、Tabc 根據(jù)參考電壓矢量 所處的扇區(qū) N 確定 A, B, C 三相的調(diào)制波 、Vref Tcm （根據(jù)表 43 進行賦值)。在 Simulink 中實現(xiàn)該算法的仿真圖如圖 所示。圖 計算 X,Y,Z 根據(jù)參考電壓矢量 所處的扇區(qū) N 確定相鄰兩基本電壓矢量的作用Vref時間 、 〔根據(jù)表 42 進行賦值)。圖 、 、 轉(zhuǎn)換到 平面坐標系中 、Uabc???U?? 根據(jù) 、 的關(guān)系判斷參考電壓矢量 所在的扇區(qū) N，只需經(jīng)過簡?? Vref單的加減及邏輯運算即可確定其所在的扇區(qū)。通過 clark 變換，可將Uabc???U??、 、 轉(zhuǎn)換成 、 。 SVPWM 的 SIMULINK 的實現(xiàn) 在 MATLAB 的 SIMULINK 環(huán)境下，非常容易實現(xiàn)上節(jié)所述的 SVPWM 控制算法?？梢赃x擇合適的輸入源模塊(如正弦波(( Sine Wave ) )作信號輸入，用適當?shù)慕邮漳K( 如示波器(Scope))觀察系統(tǒng)響應(yīng)、分析系統(tǒng)特性、仿真結(jié)果輸出到接收模塊上。而輸入源模塊(Sources) 和接受模塊(Sinks)則為模型仿真提供了信號源和結(jié)果輸出設(shè)備。 Simulink 提供了友好的圖形用戶界面 (GUI )，模型由模塊組成的框圖來表示，用戶建模通過簡單的單擊和拖動鼠標的動作就能完成。同時，進一步擴展了 MATLAB 的功能，可實現(xiàn)多工作環(huán)境間文件互用和數(shù)據(jù)交換。 在 MATLAB 中，Simulink 是一個比較特別的工具箱，它具有兩個顯著的功能：Simu( 仿真)與 Link(鏈接)，是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真的一個集成環(huán)境。前者主要用來擴充 MATLAB 的符號計算功能、圖視建模功能和文字處理功能以及與硬件實時交互功能。 MATLAB 具有三大特點: 功能強大：包括數(shù)值計算和符號計算，計算結(jié)果和編程可視化，數(shù)學和文字統(tǒng)一處理，離線和在線皆可處理； 界面友好，語言自然：MATLAB 以復數(shù)矩陣為計算單元，指令表達與標準教科書的數(shù)學表達式相近； 開放性強：MATLAB 有很好的可擴充性，可以把它當作一種更高級的語言去使用，可容易地編寫各種通用或?qū)Ｓ脩?yīng)用程序；正是由于 MATLAB 的這些特點，使它獲得了對應(yīng)用學科(特別是邊緣科學和交叉科學)的極強適應(yīng)力，并很快成為應(yīng)用學科計算機輔助分析設(shè)計、仿真、教學乃至科技文字處理不可缺少的基礎(chǔ)軟件，成為歐美高等院校、科研機構(gòu)教學與科研必備的基本工具。 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。近 30 年來，控制系統(tǒng)的計算機輔助設(shè)計技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)達到了相當高的水平，出現(xiàn)了很多的計算機輔助設(shè)計語言和應(yīng)用軟件。25 / 42第五章 SVPWM 控制算法仿真5. 1 MATLAB 動態(tài)仿真工具 SIMULINK 簡介 隨著控制理論和控制系統(tǒng)的迅速發(fā)展，對控制效果的要求越來越高，控制算法也越來越復雜，因而控制器的設(shè)計也越來越困難。Tabc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 、 、Tcm1c224 / 42的計算值再通過與載波進行比較得來。表 43 切換點 、 、 的賦值表Tcm1c2cm3扇區(qū)號Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵcm1abTccTbaT2baabcccm3ccbaab其他扇區(qū)的開關(guān)切換順序和切換點，如表 44 所示：表 44 各扇區(qū)的開關(guān)切換順序和切換點扇區(qū) 開關(guān)切換順序 切換點Ⅰ V01272V10 TabcⅡ 330 Ⅲ V3474V30 TcabⅣ 547450 cbaⅤ V5676V50 TbcaⅥ 011 ab通過各開關(guān)的切換，可以得到所希望的 PWM 波形。在一個載波周期中，三個比較值Ty2具體分配給哪一相可由各扇區(qū) PWM 波形確定， 應(yīng)分配給輸出占空比最大cm1的相， 分配給占空比最小的相。對于第 I 扇區(qū)，一個周期內(nèi)生成的三相調(diào)制波形如圖 所示，其基本矢量切換點 、 、 的計算公式如下：Tabc （419）???????24)(12TbcastUU0U1U2U7U7U2U 1 U0圖 扇區(qū)Ⅰ內(nèi)的 SVPWM 調(diào)制波形示意圖22 / 42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)、 、 分別為、與三角波進行比較以產(chǎn)生 P WM 波形的三個比較值，Tcm1c2cm3先假定三角載波幅值和周期相等，要保證各矢量持續(xù)的時間，應(yīng)如下計算比較值： （420）???????24)()(321 TTyxyxscmyxscm其中， 、 為兩個非零矢量的作用時間， 、 在不同扇區(qū)中對應(yīng)不同矢Txy xy量的作用時間，具體對應(yīng)哪個矢量可由各扇區(qū)矢量順序確定。若 ，則無需修正TSyx?? （418） ??????Ts21021 矢量作用時間的切換點確定與 PWM 脈沖的生成選擇具體的調(diào)制方案進行矢量調(diào)制，在實際系統(tǒng)中應(yīng)盡量減少開關(guān)狀態(tài)變化時引起的開關(guān)損耗，因此不同開關(guān)狀態(tài)的順序必須遵守下述原則：每次切換開關(guān)狀態(tài)時只切換一個功率開關(guān)器件，以滿足最小開關(guān)損耗。因此在此提出一工程實現(xiàn)方法：首先Ty0按照常規(guī)的方法計算出 、 后，接著判斷 是否成立，如成立，Txy TSyx??則 、 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xy內(nèi)切圓內(nèi)時兩非零矢量作用時間分別為 、 ，具體如下文：Tx,y,在實際系統(tǒng)中當系統(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，必須對其進行飽和判斷。理論上可以對端點超出正六邊形的部分進行壓縮，保持其相位不變，將其端點拉回至正六邊形的內(nèi)切圓內(nèi)。 (415)?????????VTVZYTXdcscsdcs)23(3???表 42 各扇區(qū)基本矢量的作用時間 過調(diào)制暫態(tài)的處理以上討論的是常規(guī) SVPWM 模式，此時電壓矢量端點軌跡位于正六邊形的內(nèi)切圓內(nèi)，屬于線性調(diào)制的范圍。0令 與 間的夾角為 ，則根據(jù)正弦定理可得：Vref1?19 / 42 (47)???sin32i)3sin(OCBOA??即： （48）??sin)3sin(2i 21VTVTrefs ??因為 6 個基本空間電壓矢量幅值相等： （49）uVdc21?將式(49)代入式（48） ，得第 1 扇區(qū)各矢量的作用時間為： （410 ）????????sin3)i(2uTVdcrefdcsref又知在 坐標系中：?? （411）????????sinoVreff將式（411 ）代入式（410）中得： （412）??????uTdcss???3)21(21 （413）s210同理可計算出 在其他扇區(qū)時所用基本矢量與零矢量的作用時間，其表達式Vref為： （414）?????? ??????????????????TVkkuksdcsk`101 3)1(cos3)(in3????式中， 和 分別為基本矢量 和 在一個開關(guān)周期的作用時間。Txy本文下面將以第一扇區(qū)為例，詳細介紹電壓矢量作用時間的求解過程。??無論 運動到哪一個扇區(qū)，在一個開關(guān)周期 內(nèi)，它都可以由該扇區(qū)兩ref Ts邊的基本電壓矢量與零矢量合成。在傳統(tǒng)VrefSVPWM 算法中用到了空間角度及三角函數(shù)，數(shù)字實現(xiàn)時需要預先計算并存儲大量數(shù)據(jù)。表 41 N 值與扇區(qū)的對應(yīng)表N 1 2 3 4 5 6扇區(qū) Ⅱ Ⅵ Ⅰ Ⅳ Ⅲ Ⅴ 18 / 42用上述方法判斷參考電壓矢量 所在的扇區(qū)極其簡單，只要在具體配Vref作用矢量時注意將計算出的 S 值與實際扇區(qū)號 N 對應(yīng)即可。先計算出 N 值再由 N 值確定參考矢量所在的扇區(qū)。本文采用第二種方法，通過 坐標變換得：23 （43）??????)(21uVcbcba??設(shè) N=A+2B+4C，由式(43 )可知：（1） 若 0，即 0 則 A=1，則 A=0；?ubc（2） 若 0 即 0 則 B=1，否則 B=0；3?Vab（3） 若 0 即 0 則 C=1，否則 C=0。ref (2)通過 3/2 坐標變換，將三相參考電壓矢量變換為兩相 靜止坐標系中??軸與 軸的分量 、 。由于參考電壓矢量不停地旋轉(zhuǎn)，所以在進行基本電壓矢量的合成前應(yīng)先判斷 所在的扇區(qū)。而事實上由于受到開關(guān)頻率和基本電壓矢量組合有限的約束，端點的運動軌跡通常為多邊形，然而隨著開關(guān)頻率的提高，其端點的多邊ref形軌跡會逼近圓形。17 / 42圖 空間矢量分布圖 由圖 可知，6 個有效矢量把 坐標平面分成六個扇區(qū) I ~VI。因此稱為有效矢量； 與 是零矢量。圖 SVPWM 控制算法的框圖 參考電壓所在扇區(qū)的確定為了消除相間影響，引入空間矢量，即靜止 坐標。將得到的三相參考電壓矢量變換為兩相靜止 坐標系下 軸與 軸的分量 、 ，并且確定 PWM 周期與直流側(cè)電???V??壓后能進行 SVPWM 控制。傳統(tǒng)的 SPWM 方法從電源的角度出發(fā)，以生成一個可調(diào)頻調(diào)壓的正弦波電源，而 SVPWM 方法將逆變系統(tǒng)和異步電機看作一個整體來考慮，模型比較簡單，也便于微處理器的實時控制。 空間矢量脈寬調(diào)制SVPWM ( Space Vector Pulse Width Modulation) 技術(shù)具有