【正文】 器的等值電路由此電路可得相關(guān)計(jì)算方程 圖 412 三相電壓逆變器等值電路 根據(jù)本章有源電力濾波器的原理圖可得 420 其中 LR 分別表示有源電力濾波器的等效電感與電阻為電壓矢量為參考電流矢量控制目標(biāo)為 由上式可得參考電壓變換到α β坐標(biāo)系的矩陣表達(dá)式為 421 在分析過(guò)程中可將三相六開(kāi)關(guān)視為理想開(kāi)關(guān)元件它們的通斷控制用相應(yīng)的開(kāi)關(guān)函數(shù)描述定義開(kāi)關(guān)函數(shù) 1VTi 開(kāi)通 VT3i 關(guān)斷 Si i 123 422 將上式變換到α β坐標(biāo)系可得 423 根據(jù)開(kāi)關(guān)函數(shù)的取值可得 APF 逆變器的輸出電壓的α β分量如表 42 所示 在α β坐標(biāo)系中如果令 為α β坐標(biāo)系內(nèi)的矢量則可根據(jù)表 32 在α β平面上繪出不同的開(kāi)關(guān)狀態(tài)對(duì)應(yīng)的電壓矢量如圖 413 所示 看到三相三線結(jié)構(gòu)制逆變橋可以產(chǎn)生 8個(gè)輸出電壓矢量其中 6個(gè)矢量構(gòu)成正六邊形的 6個(gè)頂而剩下的兩個(gè)電壓矢量為 0矢量如果逆變器直流測(cè)電壓足夠高則逆變器需要輸出的參考電壓矢量必位于圖 413 所示的正六邊形內(nèi)由于逆變器能夠產(chǎn)生的電壓矢量只有 8 個(gè)因此在已知參考電壓矢量后通過(guò)逼近方法伏秒特性相等控制逆變器開(kāi) 關(guān)使其產(chǎn)生的電壓矢量逼近參考電壓矢量 表 42 各開(kāi)關(guān)的狀態(tài)及對(duì)應(yīng)的α β電壓分量 狀態(tài) 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 2 1 1 0 3 0 1 0 4 0 1 1 0 5 0 0 1 6 1 0 1 7 1 1 1 0 0 由圖 413 可知該空間矢量圖劃分為 6 個(gè)扇區(qū)圖中各扇區(qū)內(nèi)的數(shù)字表示這個(gè)扇區(qū)的編號(hào) Ksec 根據(jù)二電平參考電壓矢量位于哪一個(gè)扇區(qū)選擇 3 個(gè)二電平開(kāi)關(guān)矢量并控制它們的作用時(shí)間來(lái)等效參考電壓二電平矢量例如若兩電平參考電壓 矢量位于 0 扇區(qū)則可用 0 扇區(qū)三個(gè)頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)的空間矢量 Usv1Usv2Usv3 來(lái)逼近參考電壓矢量按照伏特特性相等的原則在實(shí)踐間隔 Ts 內(nèi)需要逆變器輸出的參考電壓矢量 Uc三個(gè)空間矢量分別作用 T1T2T3的時(shí)間間隔則使總的伏特特性等于參考電壓矢量的伏特特性即 424 其中位于原點(diǎn)的二電平開(kāi)關(guān)矢量 Usv1 對(duì)應(yīng)兩個(gè)二電平開(kāi)關(guān)狀態(tài) 000T和 111T 而另外兩個(gè)開(kāi)關(guān)矢量都只有一個(gè)開(kāi)關(guān)狀態(tài)與其對(duì)應(yīng)在各扇區(qū)內(nèi)二電平開(kāi)關(guān)矢量選擇如表 43 所示 圖 413 三相三線制逆變器輸出電壓在α β平面內(nèi) 的矢量 表 43 不同扇區(qū)內(nèi)二電平開(kāi)關(guān)矢量開(kāi)關(guān)狀態(tài)的選擇 開(kāi)關(guān)矢量 在不同扇區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的二電平開(kāi)關(guān)狀態(tài) 0 1 2 3 4 5 Usv2 100T 010T 010T 001T 001T 100T Usv3 110T 110T 011T 011T 011T 101T Usv1 000T111T 由圖 413 可以看到各扇區(qū)的分界線要么為坐標(biāo)軸α要么為傾斜角為 3 或 23的直線在傾斜角為 3 或 23 的直線上的β分量的幅值為α分量的倍利用參考電壓矢量的α分量和β分量直接判斷其所處的扇區(qū)并計(jì)算作用時(shí)間其中二電平參考電壓矢量扇區(qū)位置的判斷條件如表 44所示由表 44確定參考電壓矢量所處的扇形位置后利用伏秒特性等效原理采用該扇區(qū)三個(gè)頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)的空間矢量即逆變器所能產(chǎn)生的三個(gè)電壓空間矢量來(lái)逼近參考電壓矢量由式 412 可以得到開(kāi)關(guān)矢量作用時(shí)間的計(jì)算公式 425 表 44 二電平參考電壓矢量扇區(qū)位置的判斷條件 判斷條件 0 ≤ ≥ 0 ≤ 0 0 ≤ 0 Ksec 1 0 2 4 5 3 425 由上式可知當(dāng)已知后計(jì)算各開(kāi)關(guān)矢量的作用時(shí)間就迎刃而解了 采用伏秒特性等效原則確定逆變器的開(kāi)關(guān)矢量作用時(shí) 間逼近參考電壓矢量時(shí)如果參考電壓矢量作用時(shí)間 Ts 越小則逆變器輸出電壓在瞬時(shí)意義上越接近參考電壓矢量但是如果 Ts太小則逆變器開(kāi)關(guān)頻率可能太高所以應(yīng)該選擇合適的 Ts另外上述逆變器開(kāi)關(guān)矢量存在兩個(gè)零矢量 000T和 111T選擇那個(gè)零矢量對(duì)輸出電壓雖沒(méi)有影響但是對(duì)逆變器內(nèi)部開(kāi)關(guān)器件的工作卻會(huì)產(chǎn)生影響合理選擇零矢量及兩個(gè)零矢量的作用時(shí)間可以減小開(kāi)關(guān)器件的損耗減小開(kāi)關(guān)器件在開(kāi)關(guān)過(guò)程中的過(guò)電流和過(guò)電壓 45 直流側(cè)電壓的控制 直流側(cè)電容電壓的控制方法 由于 APF在工作時(shí)的能量損耗會(huì)引起其直流側(cè)電容電壓降低為保 證 PWM逆變器正常工作 Uc 應(yīng)該維持恒定對(duì)直流側(cè)電壓進(jìn)行控制的傳統(tǒng)方法是為直流側(cè)的電容再提供一個(gè)單獨(dú)的直流電源一般是通過(guò)一個(gè)二極管整流電路來(lái)實(shí)現(xiàn)這種方法雖然能夠達(dá)到控制直流側(cè)電容電壓的目的但需要另外設(shè)計(jì)一套電路增加了整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜程度從而增加了系統(tǒng)的成本損耗等實(shí)際研究表明直流側(cè)電容電壓的控制只需通過(guò)對(duì)主電路進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂萍纯蓪?shí)現(xiàn)當(dāng)然如果要求對(duì)短時(shí)有功 沖擊 進(jìn)行補(bǔ)償必須采取傳統(tǒng)的方法通常將直流側(cè)電容電壓與給定參考電壓的差經(jīng)過(guò)比例積分 PI 換屆后的輸出疊加到 APF 參考電流的有功電流分量中完成對(duì)電容電壓的控制維持電 容電壓的控制環(huán)如下圖所示 圖 414 維持直流側(cè)電容電壓的控制環(huán) 和交流側(cè)的能量交換 在并聯(lián)型 APF 中分別用表示電源的瞬時(shí)有功功率和瞬時(shí)無(wú)功 功率表示交流側(cè)的瞬時(shí)有功功率和瞬時(shí)無(wú)功功率表示負(fù)載的瞬時(shí)有功功率和瞬時(shí)無(wú)功功率由于負(fù)載電流中存在著諧波中含有交流分量即分別由直流分量和交流分量構(gòu)成 在本論文中 APF 只用于補(bǔ)償諧波在這種情況下滿足 426 則 427 由 427 可知此時(shí)電源只需提供負(fù)載所需的瞬時(shí)有功功率和瞬時(shí)無(wú)功功率的直流分量它們所對(duì)應(yīng)的電源電流等于負(fù)載電流的基波分量而 APF 的瞬時(shí)有功功率的 PA 平均值等于零使得直流側(cè)電壓保持不變但因 PA 中有交流成分所以 Uc 會(huì)隨 PA 的波動(dòng)而波動(dòng) 若希望上升例如在 APF 投入運(yùn)行時(shí)使迅速上升建立的過(guò)程只需令 PA Δ p 0即可Δ p eΔ ip此時(shí) APF從電源得到能量持續(xù)向其直流側(cè)傳遞使 Uc上升在實(shí)際電路中器件耐壓有限由此限制了 Uc 的允許值使其不能無(wú)限上升反之若 PA Δ p 0時(shí)例如電路中有損耗或 APF 向外 地傳遞能量直流側(cè)電容上能量將減小使得 Uc 值下降 Uc 的變化幅度除了能量傳遞的多少有關(guān)以外還和電容量有關(guān)若已確定 APF的補(bǔ)償目的和允許的 Uc 波動(dòng)范圍即可確定電容器的電容量這是確定 APF 直流側(cè)電容的基本思想 46 本章小結(jié) 本章主要介紹的并聯(lián)型有源電力濾波器諧波檢測(cè)系統(tǒng)控制系統(tǒng)以及主電路及其外圍電路的設(shè)計(jì)以及相關(guān)諧波檢測(cè)方法和控制電流產(chǎn)生方法的分類介紹以及比較和直流側(cè)電壓的控制 第五章 仿真 51 負(fù)載電流發(fā)生模塊 非線性負(fù)載是電網(wǎng)中主要的諧波源非線性負(fù)載種類較多如三相二極管整流橋三相可控硅整流橋電弧爐 空調(diào)電視機(jī)變壓器等本文采用的三相不可控二極管作為諧波源來(lái)進(jìn)行 APF 的研究其仿真電路圖如圖 51 所示 圖 51 三相不可控整流器電流發(fā)生模塊 上述仿真圖中相關(guān)參數(shù)均采用第一章中所選三相不可控整流器的器件參數(shù)詳見(jiàn)第一章其中仿真并設(shè)置仿真算法為仿真算法選擇 ode23tbstiffTRBDF2 仿真時(shí)間為 02s 最大仿真步長(zhǎng) 1e6 最小仿真步長(zhǎng) auto 負(fù)載電流仿真圖如下圖所示 圖 52 導(dǎo)通較為 0176。 a7 72021176。 a7 2439176。 v≥ 11 K5 00248K5 00066 Kv 0176。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）三相三線制并聯(lián)型有源電力濾波器的設(shè)計(jì)與研究 三相三線制并聯(lián)型有源電力濾波器的設(shè)計(jì)與研究 摘要 隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展電力系統(tǒng)中非線性負(fù)荷大量增加各種非線性和時(shí)性電子裝置大規(guī)模地應(yīng)用造成電能質(zhì)量惡化電力有源濾波器以其優(yōu)越的補(bǔ)償性能已成為電力電子技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一而其中并聯(lián)型有源電力濾波器過(guò)去和將來(lái)都將占據(jù)重要地位 本文重點(diǎn)研究三相三線制并聯(lián)電壓型有源電力濾波器有源電力濾波器的兩大關(guān)鍵技術(shù)是諧波與無(wú)功電流的檢測(cè)和補(bǔ)償電流控制實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地檢測(cè)出 電網(wǎng)中瞬態(tài)變化的諧波與無(wú)功電流是有源電力濾波器進(jìn)行精確補(bǔ)償?shù)那疤崮壳坝卸喾N諧波與無(wú)功電流檢測(cè)方法其中基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的檢測(cè)法是三相系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的一種方法包括適用于對(duì)稱無(wú)畸變電網(wǎng)的 pq 法及適用于不對(duì)稱有畸變電網(wǎng)的 ipiq法和 dq法補(bǔ)償電流的控制方法是實(shí)現(xiàn)有源電力濾波器功能的核心環(huán)節(jié)它負(fù)責(zé)控制有源電力濾波器產(chǎn)生預(yù)期的補(bǔ)償電流本文詳細(xì)分析了并聯(lián)型有源電力濾波器的控制策略包括補(bǔ)償電流跟蹤控制和直流側(cè)電壓控制通過(guò)分析和比較滯環(huán)控制三角波控制和基于空間矢量的電壓控制方法最后確定補(bǔ)償電流跟蹤控制選用三角波 比較控制法和滯環(huán)控制方法 最后為了 驗(yàn)證所提 出的檢 測(cè)方法 和控制方 法的正 確性本 論文用MATLAB65SIMULNIK 下的電力系統(tǒng)模塊 Simpowersystems Blockset 對(duì)整個(gè)三相三線制并聯(lián)電壓型有源電力濾波器系統(tǒng)進(jìn)行了仿真研究仿真結(jié)果表明本文所設(shè)計(jì)的濾波器可以很好的濾除諧波完成抑制諧波的作用 關(guān)鍵詞有源電力濾波器諧波與無(wú)功電流檢測(cè)補(bǔ)償電流控制三角波比較和滯環(huán)控制仿真 The design and research of Threephase and threewire System Shunt Active Power Filter Abstract With the development of modern industrial technologya large number of nonlinear loads in power systems to increase Various nonlinear and timescale application of electronic devices caused power quality deterioration Active power filter with its superior pensation performance has bee one of hot Research focus on power electronics technology area The thesis mainly considers threePhases and threewire system shunt active power filter The two key technologies are harmonic and reactive currents detection and pensation currents controlExact and realtime detection of the instantaneous variable harmonic and reactive current in power system is the premise for pensation of active power filter At presentthere are many detection methods concerning harmonic and reactive currentin whichthe method based on instantaneous reactive power theory is used widely in threephase system than othersand it consists of pq detection method applied to symmetry power system without distortionip iq detection method and dq detection method applied to asymmetry distortion power System Control method for pensation current is the key tache to acplish the various functions of active power