【正文】 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。 有功分離法該方法將被檢測量分解為理想傳輸量(即從公共供電點上看去，負(fù)荷是三相對稱且純阻性的,該負(fù)荷只消耗有功能量)和另一分量之和,簡單明了、易于實現(xiàn)。 并且當(dāng)電源電壓存在畸變時，與電壓諧波同次的諧波電流 (有功部分)將被淹沒一部分。 自適應(yīng)檢測法該方法基于自適應(yīng)濾波中的自適應(yīng)干擾抵消原理，從負(fù)載電流中消去基波有功分量，從而得到所需的補償電流指令值。后來又提出了用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的自適應(yīng)檢測法。該方法的缺點是計算量大、時間延遲大。APF 控制策略還包括開關(guān)器件的 PWM 脈沖信號的形成 [7]。其優(yōu)點是動態(tài)響應(yīng)好，開關(guān)頻率固定,實現(xiàn)簡單，缺點是輸出波形中含有與三角載波相同頻率的高頻畸變分量，開關(guān)損耗較大,在大功率應(yīng)用中受到限制。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。當(dāng)帶寬固定時,開關(guān)頻率會隨補償電流的變化而變化,從而引起較大的脈動電流和開關(guān)噪音。 變結(jié)構(gòu)控制變結(jié)構(gòu)控制是一種控制系統(tǒng)的設(shè)計方法，適用于線線性及非線性系統(tǒng)。它具有一些優(yōu)良特性，尤其是對加給系統(tǒng)的攝動和干擾有良好的自適應(yīng)性。但變結(jié)構(gòu)控制對系統(tǒng)的變化和外部干擾不敏感,具有很強的魯棒性。 無差拍控制與差拍控制無差拍控制是一種在電流滯環(huán)比較控制技術(shù)上發(fā)展起來的全數(shù)字化控制技術(shù)。該方法的優(yōu)點是動態(tài)響應(yīng)快且易于計算機執(zhí)行，缺點是計算量大、對系統(tǒng)參數(shù)依賴性較大、魯棒性差、瞬態(tài)響應(yīng)的超調(diào)量大。其基本思想是控制開關(guān)占空比，在每個周期內(nèi)強迫開關(guān)變量平均值與控制參考量相等或成比例。這種控制方法具有反應(yīng)快、開關(guān)頻率恒定、魯棒性強、易于實現(xiàn)、控制電路簡單等優(yōu)點。31SVPWM 的主要思想是：以三相對稱正弦波電壓供電時三相對稱電動機定子理想磁鏈圓為參考標(biāo)準(zhǔn)，以三相逆變器不同開關(guān)模式作適當(dāng)?shù)那袚Q，從而形成PWM 波，以所形成的實際磁鏈?zhǔn)噶縼碜粉櫰錅?zhǔn)確磁鏈圓。16 / 42第四章 SVPWM 控制算法SVPWM 控制算法的原理是對變流器各開關(guān)器件的控制信號進(jìn)行不同組合，然后控制各開關(guān)器件的通斷使變流器輸出的電壓空間矢量逼近由三相電壓為標(biāo)準(zhǔn)的正弦波所合成的電壓空間矢量。 SVPWM 控制的具體算法如圖 所示，它包括參考電壓所在扇區(qū)的確定、相鄰兩個基本矢量作用時間的計算、矢量作用時間的切換點確定以及與載波比較生成 PWM 脈沖。當(dāng) 軸與 a 軸重合??時，兩坐標(biāo)系的變換關(guān)系為： （41）??effjff jcjba34323???????式中 f 為電壓或電流量，可根據(jù)表 21 看出，不同的開關(guān)狀態(tài)下變流器交流側(cè)電壓能用下式表示： （k=1~6） (42)??????032703)1(VeUkjdck?從式(42)可知， 是 6 個模為 的空間電壓矢量，且相鄰兩矢量1?dc的夾角為 60176。各空間矢量的分布如07圖 所示。如果參??考電壓矢量 是勻速旋轉(zhuǎn)，可使其端點的運動軌跡為圓形，從而可得到三相Vref對稱的正弦量。參考電壓矢量是由所在扇區(qū)兩邊的基本電壓矢量和零矢量合成的。通常有以下兩種方法:Vref (1)通過確定 旋轉(zhuǎn)的角度值來確定其所在的扇區(qū)。對 、 分量進(jìn)行簡單運算得出 所在扇區(qū)對???V??? Vref應(yīng)的 N 值。??c 可見，坐標(biāo)變換法的實質(zhì)是通過確定變流器輸出的三相線電壓的極性來判斷參考電壓矢量所在的扇區(qū)。N值與扇區(qū)對應(yīng)關(guān)系如表 41。 相鄰兩個基本矢量作用時間的計算 常規(guī) SVPWM 模式下，計算兩個基本矢量作用時間 在按照上述的方法確定了參考電壓矢量 所在的扇區(qū)之后，就需要求出參Vref考電壓矢量 所在扇區(qū)的相鄰兩電壓矢量和相應(yīng)零矢量的作用時間。實際上，只要充分利用 和 ，就可以使計算大為簡化。其矢量合成方程如下：= + + （44）VrefTsxVy0其中：= + +sxyT式中： 、 為每個扇區(qū)所對應(yīng)的電壓矢量作用時間。如圖 中， 在 I 扇區(qū)，將第一扇區(qū)單獨畫出如下圖：Vref ???Ts1s2V??01??10refo圖 參考電壓的合成與分解則 可以表示為：Vref （45）VTssref 21?? （46）Ts02式中， 為 PWM 開關(guān)周期， 和 分別為 和 在一個 PWM 開關(guān)周s 121V2期的作用時間， 為零矢量的作用時間。Tk1?Vk1?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20 / 42如表 42 所示。但是如果電壓矢量的端點軌跡位于正六邊形的內(nèi)切圓外，此時 SVPWM 出現(xiàn)過調(diào)制暫態(tài)，如不采取措施，輸出電壓將會出現(xiàn)嚴(yán)重失真，影響電機的輸出轉(zhuǎn)矩。但是在實際運用中需對電壓矢量的端點軌跡是否超出正六邊形內(nèi)切圓進(jìn)行判斷，再進(jìn)行 、Tx、 的計算，具體工程實現(xiàn)比較麻煩。如果 十 ，以第一扇區(qū)為例，有如下比例關(guān)系：Txys (416)T2,1,?則可求得：21 / 42 （417） ??????Tss21,21,然后可由此作為相鄰兩電壓空間矢量和零矢量的持續(xù)時間。按照這個原則，仍以第一扇區(qū)為例其調(diào)制順序為：000100110111110100000，稱為對稱七段式 PWM 生成方式，即每個開關(guān)周期都以零矢量（ 000）開始和結(jié)束，中間是（111） ，并且根據(jù)開關(guān)損耗最小的原則使每次開關(guān)切換時只有一個開關(guān)器件動作。無論在哪一個扇區(qū)， 都對應(yīng)最先作用的非零矢量時間(如扇區(qū) I 中 等于 )， 則為另一個x Tx1y非零矢量的作用時間(如扇區(qū) I 中 等于 )。Tcm3根據(jù)上述分析以及連續(xù)開關(guān)調(diào)制模式下各扇區(qū)的 PWM 波形可得出以下結(jié)論：定義： （421） ???????24)(Tybcxays則在不同的扇區(qū)內(nèi) A, B, C 三相對應(yīng)的開關(guān)時間可用 、 、 ，根據(jù)表Tcm1c2cm323 / 4243 進(jìn)行賦值。但一切皆是自動進(jìn)行無需人為干涉，只需做好 的賦值工作即可。Tcm3ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ圖 參考電壓矢量 在各個扇區(qū)中的 SVPWM 波形Vref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 所在扇區(qū)的確立；ref（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。于是自然地出現(xiàn)了控制系統(tǒng)地計算機輔助設(shè)計技術(shù)。目前，MATLAB (Matrix Laboratory)是當(dāng)今國際上最流行的控制系統(tǒng)輔助設(shè)計的語言和軟件工具。它將數(shù)值分析、矩陣計算、圖形處理和仿真等諸多強大功能集成在一個極易使用的交互式環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計算的總多科學(xué)提供了一種高效率的編程工具，集科學(xué)計算、自動控制、信號處理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、圖象處理等于一體。 MATLAB 有許多工具箱(Toolbox )，這些工具箱大致分為兩類：功能性工具箱和學(xué)科性工具箱。后者專業(yè)性較強，如控制工具箱C Control Toolbox )、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱(Neural Network Toolbox )、信號處理工具箱((Signal Processing Toolbox)等，使 MATLAB 在線性代數(shù)、矩陣分析、數(shù)值計算及優(yōu)化，數(shù)理統(tǒng)計和隨機信號分析、電路及系統(tǒng)、系統(tǒng)動力學(xué)、信號和圖象處理、控制理論分析和系統(tǒng)設(shè)計、過程控制、建模和仿真、通信系統(tǒng)、財政金融等眾多專業(yè)領(lǐng)域的理論研究和工程設(shè)計中得到了廣泛應(yīng)用。具有模塊化、可重載、可封裝、面向結(jié)構(gòu)圖編程及可視化等特點，可大大提高26 / 42系統(tǒng)仿真的效率和可靠性。它支持線性和非線性系統(tǒng)、連續(xù)時間系統(tǒng)和離散時間系統(tǒng)、連續(xù)和離散混合系統(tǒng)，而且系統(tǒng)可以是多進(jìn)程的。Simulink 的模塊庫為用戶提供了多種多樣的功能模塊，其中有連續(xù)系統(tǒng)(Continous )、離散系統(tǒng)( Discrete )、非線性系統(tǒng)(Nonlinear)等幾類基本系統(tǒng)構(gòu)成的模塊，以及連接、運算模塊。模型建立后，可以直接對它進(jìn)行仿真分析。如果仿真結(jié)果不符合要求，則可以修改系統(tǒng)模型的參數(shù)，繼續(xù)進(jìn)行仿真分析。實現(xiàn) SVPWM 算法的各個子系統(tǒng)框圖如下所示： 要實現(xiàn) SVPWM 控制算法，首先要將三相 ABC 平面坐標(biāo)系中的相電壓 、 、 轉(zhuǎn)換到 平面坐標(biāo)系中 、 。在 SIMULINK 中，非常容易實現(xiàn)此轉(zhuǎn)換，其實U現(xiàn)仿真圖如圖 所示。在 Simulink 中實現(xiàn)此判斷的仿真圖如圖 所示27 / 42圖 判斷參考電壓矢量 所處扇區(qū) NVref只需將 、 以及采樣周期 和逆變器直流電壓 作為輸入，經(jīng)過U??Ts udc簡單的算術(shù)運算即可得到 X, Y, Z，在 Simulink 中實現(xiàn)此算法的仿真圖如圖 所示。通過編寫 S 函數(shù)實現(xiàn)扇區(qū)過渡特殊情況Txy的處理；而經(jīng)過簡單的算術(shù)運算和邏輯運算實現(xiàn)參考電壓矢量 過調(diào)制的處Vref理。28 / 42圖 計算 、Txy 5 , 、 、 經(jīng)過簡單的算術(shù)運算可將得到 、 、 ，在Txys TabcSimulink 中實現(xiàn)該算法的仿真圖如圖 所示。在 Simulink 中實現(xiàn)該算法的仿真圖如圖Tcm2c3 所示。此時，將三相逆變器的六個功率開關(guān)器件看作為六個理想開關(guān)器件，加入了一定的死區(qū)。Tcm1c2cm3s2Ts圖 逆變器和 PWM 實現(xiàn) 以上給出了在 Simulink 中實現(xiàn) SVPWM 控制算法的各個子系統(tǒng)的框圖，而圖 給出了實時產(chǎn)生 SVPWM 波的整個仿真框圖。30 / 42圖 SVPWM 波的整個仿真框圖 仿真結(jié)果與分析 在前一節(jié)中，詳細(xì)列出了實現(xiàn) SVPWM 控制算法的各個子系統(tǒng)仿真框圖及實時產(chǎn)生 SVPWM 波的整個仿真框圖。 逆變器供電下三相有源電力濾波器系統(tǒng)仿真模型在 SIMULINK 電氣系統(tǒng)模塊庫(SimPowerSystem)中有 4 個子模塊:電源、基本元件、電力電子器件和測量模塊庫。并且系統(tǒng)中若同時使用兩種信號，需要采用中間接口模塊，常規(guī)模塊信號進(jìn)入電氣模塊信號時，一般采用可控電壓源或可控電流作為中間接口環(huán)節(jié)。具體仿真圖如圖 所示。 圖 有源電力濾波器仿真模型 仿真結(jié)果選定的仿真環(huán)境如下：（1）電源：三相電源有效值為 380V，頻率為 50Hz；（2）非線性負(fù)載：三相可控整流橋，直流側(cè)選擇的 RLC 負(fù)載，額定電壓為 380V，額定頻率為 50Hz；（3）有源電力濾波器主電路 RLC BRANCH 中 R 為 ，L 為 5MH，濾波器直流側(cè)的電源電壓是 1200V。2. 空間矢量的算法較復(fù)雜，有一定的延時，這不利于有源電力濾波器的實時控34 / 42制。在周期性諧波電網(wǎng)可以使用電流預(yù)測方法，或是對相位進(jìn)行補償。進(jìn)行諧波治理，將電力諧波限制在一定的水平之內(nèi)有著重要的意義。本文所設(shè)計的有源電力濾波器可以有效抑制電力電子裝置所產(chǎn)生的諧波,具有較好的補償特性,在一些諧波成分復(fù)雜、多變的場合更具有優(yōu)勢。35 / 42第六章 結(jié)論與展望 結(jié)論針對電力系統(tǒng)的諧波問題，在研究有源電力濾波器抑制諧波機理的基礎(chǔ)上，分析總結(jié)了現(xiàn)有的諧波電流檢測方法和電流跟蹤控制方法，研究了近年來應(yīng)用于有源電力濾波器中的新的控制技術(shù)—空間矢量 PWM 控制。論文主要的研究成果如下:（1）詳細(xì)分析了 SVPWM 技術(shù)的理論原理，包括參考向量所在扇區(qū)的確定，相鄰基本矢量的作用時間的計算以及矢量作用時間的切換點確定與 PWM 脈沖的生成最后利用 matlab/simulink 搭建了 SVPWM 仿真模型，仿真結(jié)果得到 PWM 波形。（3）本論文主要研究內(nèi)容是 SVPWM 技術(shù)，有源電力濾波器只是為了說明SVPWM 技術(shù)的一方面應(yīng)用領(lǐng)域。 展望本文雖然涉及到 SVPWM 技術(shù)和有源濾波器的理論原理，但研究還不是很深層次，由于時間有限仿真的結(jié)果也不是很完美希望以后能花更多的時間、精力投入到仿真中，爭取把仿真部分做得更好，為理論研究提供更多、更寶貴的實驗結(jié)果。阮老師淵博的專業(yè)知識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)作風(fēng)以及崇高的為人，都使我深深敬佩。同時，還有感謝我深愛的父母，是他們辛勤工作供我上大學(xué)，給了我增長知識、開闊眼界的機會并獲得一個很好的學(xué)習(xí)環(huán)境。 另外，還要衷心地感謝在百忙之中抽出時間評審本論文的答辯委員會的各位老師們。37 / 42參考文獻(xiàn)[1] 王兆安，楊君，[M].北京:機械工業(yè)出版，1998. 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