【正文】 的目的。他利用前一時刻補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)，從而達到電流誤差等于零的目標。本質(zhì)上可視為帶寬等于零的滯環(huán)比較控制,所以他同樣存在開關(guān)頻率高、變化范圍大的缺點。近年來，這種設(shè)計方法受到安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 15 了國內(nèi)外的廣泛重視，得到了很快的發(fā)展。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)。為了解決開關(guān)頻率變化的問題,提出了基于電壓矢量的滯環(huán)電流控制法。其缺點是系統(tǒng)的開關(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。 滯環(huán)比較控制它的原理為：將補償電流參考值與逆變器實際電流輸出值之差輸入到具有滯環(huán)特性的比較器中，通過比較器的輸出來控制開關(guān)動作,使逆變器輸出值實時跟蹤補償參考值。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、無差拍控制法和空間矢量法等方法上： 三角載波控制將電流實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關(guān)元件的控制信號，從而在逆變器輸出端獲得所需波形。 APF 的補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)代新型控制方法進行了研究。安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 14 同步測定法針對三相不平衡系統(tǒng)提出了同步測定法,可分為等功率法、等電流法和等電阻法 3 類,即把補償分量分配到三相中去,分別使補償后的每相功率、每相電流或每相電阻相等。該方法的突出優(yōu)點是對電網(wǎng)電壓畸變、頻率偏移及電網(wǎng)參數(shù)變化有較好的自適應(yīng)調(diào)整能力，但目前其動態(tài)響應(yīng)速度還較慢。另外，該方法不能單獨分離出基波有功分量。但該方法以平均有功功率理論為基礎(chǔ)，至少存在一個工頻周期的延時，實時性較差。pq 法最早應(yīng)用，僅適用于對稱三相且無畸變的電網(wǎng)；IpIq 法不僅對電源電壓畸變有效，而且也適用于不對稱三相電網(wǎng)；基于同步旋轉(zhuǎn) park 變換的 dq 法不僅簡化了對稱無畸變下的指令電流運算，而且也適用于不對稱、有畸變的電網(wǎng)。最早是由日本學(xué)者 H其基本思想是利用模擬帶(或陷波)濾波器進行諧波檢測時他的缺點是:當電網(wǎng)頻率波動時 ,所設(shè)計的濾波器中心頻率會發(fā)生偏移,加上該中心頻率易受器件參數(shù)及溫度影響,會使檢測出的諧波信號中含有大量基波分量，增加了 APF 的設(shè)計容量和有功損耗，因此，已基本不用。該類 APF 的主要問題是控制復(fù)雜、造價較高。并聯(lián)型 APF 提供一個零阻抗的諧波支路，把負載中的諧波電流吸收掉。具有串聯(lián) APF 和并聯(lián) APF 的優(yōu)點, 能解決電氣系統(tǒng)發(fā)生的電能質(zhì)量問題, 又稱為萬能 APF 或統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器。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。通過 1 個匹配變壓器將 APF 串聯(lián)在電源和負載之間, 以消除電壓諧波 , 平衡或調(diào)整負載的端電壓。并聯(lián)型 APF 在技術(shù)上比較成熟。并聯(lián)型 APF 可產(chǎn)生與負荷電流大小相等、方向相反的諧波電流, 從而將電源側(cè)電流補償為正弦基波電流。（1）并聯(lián)型 APF 圖 為并聯(lián)型 APF 基本結(jié)構(gòu)。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： （31）??????ideuiccbbcaaRtLt并且有： (32)uUSXndcx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 11 （33）????????euUididccbbc andcaSCRtLBAt假設(shè)是三相對稱系統(tǒng)，則有： （34）???0eicbca先把式(33)中三個式子相加，再將式(34 )代入整理后可得： （35）dSCBA3u???將式（35 ）代入式（33 ）得： (36)???????eUidicdcbbc adcaSABCRtLt32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： （37 ）??????USABCudccbdca32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。三相三線制并聯(lián)型有源電力濾波器主電路如圖 所示，圖中， 為ecba、三相電源電壓，將點 O 作為零電位參考點得到的 A, B, C, N 這四個點的電壓可以表示為 、 、 、 ，R 和 L 分別表示主電路交流側(cè)的等效電阻和電uabcun感， 、 、 是有源電力濾波器的補償電流， 是直流側(cè)電容兩端的電壓。本章重點研究電壓空間矢量控制并將其與無差拍控制結(jié)合作為電流內(nèi)環(huán)的控制方法，以提高補償電流跟蹤控制的實時性。其轉(zhuǎn)換式為： （25）?????????????????UUCBA230132??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)換成平面直角坐標系中的分量，轉(zhuǎn)換結(jié)果見表 22 和圖 ??SA SB SC AUBCUABCA0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 1 3d?d32d0 d?0 1 0 UU?d00 1 1 2ddd0 Ud1 0 0 33d0 1 0 1 Udd?Udd01 1 0 20 Ud1 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 9 表 22 開關(guān)函數(shù)與相電壓在 坐標系的分量??SA SB SC U??矢量符號0 0 0 0 0 U00 0 1 d61?d2110 1 0 Udd20 1 1 d32?0 U31 0 0 Ud0 41 0 1 d61d21?U51 1 0 Udd61 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 10 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。 表 21 中的線電壓和相電壓值是在圖 所示的三相 ABC 平面坐標系中。其中非零矢量的幅值相同(模長為 2Ud/3)，相鄰的矢量間隔 60176。表 21 開關(guān)狀態(tài)與相電壓和線電壓的對應(yīng)關(guān)系 將表 21 中的八組相電壓值代入式(22) ，就可以求出這些相電壓的矢量和相位角，這八個矢量就稱為基本電壓矢量，可分別命名為 U0(000)，U1(001)， U2（010） ，U3(011)，U4(100)，U5(101)，U6(110)，U7(111)，其中 U0，U7 稱為零矢量?？梢酝茖?dǎo)出，三相逆變器輸出的線電壓矢量 與開關(guān)函數(shù) 的關(guān)系為：??TCABU,??TSCB, (23)?????????????AUdCA10三相逆變器輸出的相電壓矢量 與開關(guān)狀態(tài)矢量 的關(guān)??T,CB??TSCB,系為：安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 8 (24)?????????????????SCBAUdCBA213式中， 是直流電源電壓或稱總線電壓。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。圖 中的 V1V6 是 6 個功率開關(guān)管，引入開關(guān)函數(shù) SA, SB 和 SC，分別代表三個橋臂的開關(guān)狀態(tài)。 三相逆變器的基本電壓矢量圖 所示為三相電壓型逆變器結(jié)構(gòu)圖。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 、 、 ，它們的方向始終在各相uA0BC0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。電動機的三相定子繞組可以定義一個三相平面靜止坐標系，如圖 。本節(jié)將從傳統(tǒng)的磁鏈跟蹤角度來介紹 SVPWM 技術(shù)的基本原理。磁鏈的軌跡是靠電壓空間矢量相加得到的，所以這種方法又叫做“電壓空間矢量調(diào)制” ，即 SVPWM。如果對準這一目標，按照跟蹤圓形磁場來控制 PWM 電壓，那么控制效果就會更直接。安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 6 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。對 SVPWM 的控制算法進行詳細地分析和推導(dǎo)。本文主要要完成以下幾項任務(wù)：詳細分析空間電壓矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)技術(shù)的基本原理。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。與無源濾波器 ( PF)相比,電力有源濾波器能對變化的諧波進行迅速的動態(tài)跟蹤補償，而且補償特性不受電網(wǎng)阻抗的影響。目前大量采用并聯(lián)型無源濾波器來抑制諧波，但由于并聯(lián)型的無源濾波器存在不少問題，影響到實際應(yīng)用。安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 5 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，大量由電力電子開關(guān)構(gòu)成的、具有非線性挑特性的用電設(shè)備使電網(wǎng)中的諧波污染狀況日益嚴重。而且電壓空間矢量的不同調(diào)制方法在不同程度上可以緩解開關(guān)頻率與開關(guān)損耗之間的矛盾問題。SVPWM 控制技術(shù)是一種優(yōu)化了的 PWM 控制技術(shù)。故一直以來人們都在努力研制一種新型的易于實現(xiàn)數(shù)字化的 PWM 控制方法。數(shù)字化 PWM 是 PWM 控制技術(shù)發(fā)展的主流方向。當前研究工作的關(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。我國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 年才見到試驗性的工業(yè)應(yīng)用實驗。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)的進步以及赤木泰文〔Akagi H〕瞬時無功功率理論的提出，有源電力濾波器才得到迅速發(fā)展和完善。因此，近些年來電壓矢量脈寬調(diào)制技術(shù)得到了快速地發(fā)展，在電氣傳動的許多方面得到了廣泛的應(yīng)用。SVPWM 實質(zhì)是一種基于空間矢量在三相正弦波中注入了零序分量的調(diào)制波進行規(guī)則采樣的一種變形 SPWM，是具有更低的開關(guān)損耗的 SPWM 改進型方法，安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 4 是一種優(yōu)化的 PWM 方法，能明顯減少逆變器輸出電流的諧波成分及電機的諧波損耗，降低電機的脈動轉(zhuǎn)矩，且 SVPWM 其物理概念清晰，控制算法簡單，數(shù)字化實現(xiàn)非常方便，故目前有替代傳統(tǒng) SPWM 法的趨勢。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。具體地說，它是以三相對稱正弦波電壓供電下三相對稱電動機定子理想磁鏈圓為基準，由三相逆變器不同開關(guān)模式下所形成的實際磁鏈矢量來追蹤基準磁鏈圓，在追蹤的過程中，逆變器的開關(guān)模式作適當?shù)那袚Q，從而形成PWM 波。 80 年代中期，德國學(xué)者 H. W. Van Der Broek 等在交流電機調(diào)速中提出了磁鏈軌跡控制的思想，在此基礎(chǔ)上進一步發(fā)展產(chǎn)生了電壓空間矢量脈寬調(diào)制(SpaceVector PulseWidth Modulation，簡寫為 SVPWM)的概念。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。并且 SPWM 逆變器是基于調(diào)節(jié)脈沖寬度和間隔來實現(xiàn)接近于正弦波的輸出電流，這種調(diào)節(jié)會產(chǎn)生某些高次諧波分量，引起電機發(fā)熱，轉(zhuǎn)矩脈動過大甚至會造起系統(tǒng)振蕩。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。隨著電氣傳動系統(tǒng)對其控制性能的要求不斷提高，人們對 PWM 控制技術(shù)進行了深入研究：從最初追求電壓波形正弦，到電流波形正弦，再到磁通正弦，PWM 控制技術(shù)得到了不斷的創(chuàng)新和完善。 PWM 整流電路已經(jīng)獲得了一些應(yīng)用，并有良好的應(yīng)用前景。PWM 控制技術(shù)用于整流電路即構(gòu)成 PWM 整流電路。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。 PWM 控制技術(shù)在逆變電路中的應(yīng)用最具代表性。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