空间矢量控制方法在并联型有源电力滤波器中的应用研究_管恩振

Sa
S-a
Sb
S-b
Sc
S-c
Uab
Ubc
Uca
Ua
Ub
Uc
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APPLIC A TION RESE ARC H O F SPAC E V EC TO R CON TRO L IN S HUN T A C TIV E POW E R FIL T ERS
GUAN En-zhen, W AN G Zhi-he, Z HAN G Xiao-x in ( School of Information Engineering ,
令电流的目标被转化为跟随一个指令电压量 .根据参考电压空间矢量所处区间判断选择哪几个基本矢 量 ,然后计算两相邻基本矢量的占空比以合成该电压空间矢量 .当有源电力滤波器产生该电压空间矢量
时 ,实际电流与指令电流的误差将被大大的减小 .
该方法特点为: PW M 脉冲的频率与空间矢量计算的采样频率一样 ,因此器件的开关频率是恒定 的 . 快速正确的判断有源电力滤波器参考电压空间矢量所在区域 ,在参考电压空间矢量变化较快情况下
图 2中 ,由参考电压 UT和 UU 确定的参考电压矢量 Uout位于基本空间矢量 Ux , Ux+ 60所包围的扇区中 .因
此 Uout可以用 Ux 和 Ux+ 60两个矢量来表示 ,于是有:
T = T 1+ T3 + T0
Uout =
T1 T
Ux
+
T3 T
Ux+
60
( 8)
图 2 电压矢量的复 平面分布及扇区划分
第 24卷 第 2期
内蒙古工业大学学报
JO U RN AL O F IN N E R M O N GO LIA U N IV ERS ITY O F TEC HN O LO G Y
V ol. 24 N o. 2 2005
文章编号: 1001- 5167( 2005) 02-0086-05
空间矢量控制方法 在并联型有源电力滤波器中的应用研究
仍能跟踪及确定所在区域 ,从而可有效地减小电流补偿误差 ,改善滤波器性能 . 具有很好的稳定性和实 时性 .
第 2期
管恩振等 空间矢量 控制方法在并联型有源电力滤波器中的应用研究
89
3 仿真结果
在 M AT L AB环境下 ,对所论述的空间矢量控制方法进行建模仿真 . 部分元器件的参数和选取: 功 率元件开关频率为 10 k Hz,三相电源相电压为 220 V、 50 Hz,变流器直流侧电压为 1000 V ,有源电力滤波 器的连接电感为 10 m H.则采用空间矢量控制方法下的关联型有源电力滤波器的仿真结果如图所示 . 经 过补偿后 ,电网电流的谐波畸变率由 T HD= 28. 45% ,下降为 T HD= 4. 5% ,说明这是一种适用于并联型 有源电力滤波器的 PWM 电流控制的有效方法 .
图 3 并联型有源电力滤波器空间矢量控制系统结构图
图 4 补偿前负载电流的波形及 频谱 图 5 补偿后电网电流的波形及频谱
图 8 功率器件的开关信号 图 7 指令电流与跟踪电流的比较
4 结 论
应用在并联型有源电力滤波器中的空间矢量控制方法 ,通过将电流离散 ,使得实际补偿电流跟随指 令电流的目标转化为跟随一个指令电压矢量 ,根据指令电压矢量判断其所处区间 ,并计算该区间两相邻 基本电压矢量的占空比 ,以合成该指令电压矢量 .该方法将三相变流器作为一个整体来控制 ,很好地协
1 空间矢量 PW M 控制原理〔4〕
图 1为一典型的三相变流器结构 . 图中 Ua、Ub、 Uc 为变流器 a、b、 c三相的输出相电压 , Uab、 Ubc、 Uca为其相应的输出线电压 ,开关器件受
开关变量 Sa、 Sb、 Sc 的控制 .因此可以得到这三个空间矢量之间的关系:
收稿日期: 2005-04-15 基金项目: 内蒙古工业大学校重点项目资助 ( ZD200323) 作者简介: 管恩振 ( 1980～ ) ,男 ,内蒙古工业大学硕士研究生 ,现从事并联型有源电力滤波器装置的研制工作 .
di* dt
的近似值
,进而快速获得参考端电压
U*
的方法
.
在采样时刻 K ,对 a、b、 c三相电流进行离散比 ,并假设 U* ≈Uk+ 1 ,则:
di*x dt
≈
ix( k+
1) T
ixk
( 6)
x 为 a、b、 c.
则式 ( 5)经变换可得:
Ua( k+ 1) =
Ea -
L
ia (k+
1) T
iak
=
Ea - Ua
L
dib dt
=
Eb - Ub
( 4)
L
dic dt
=
Ec -
Uc
上式中 , Ua、 Ub、Uc 三相电压源逆变器的端电压 , Ea、 Eb、 Ec 为三相电源电压 , ia、 ib、 ic 为有源电力滤波器 的实际输出电流 . 设 U*a 、U*b 、 U*c 为参考电流对应的三相电压源逆变器的参考端电压 ,则存在方程组:
空间矢量控制技术是建立在交流异步电机磁场理论基础上的一种控制策略 ,现在已成为一种流行 的 PW M 控制技术 .相对于滞环 PW M、三角波 PWM 技术 ,空间矢量控制技术具有以下优点: ( 1)直流电 压的利用率提高了 15% ; ( 2)采用不连续开关方式调制时 ,开关器件的开关损耗降低 1 /3; ( 3)调制方法便 于数字实现〔 5〕.本文根据电压空间矢量控制原理 ,提出了一种适合在 DSP上实现的快速而有效的算法 . 利用仿真软件 M AT L AB中的 SIM U L IN K和 Si m Po wer 两个工具箱对基于该方法下的并联型有源电力 滤波器进行了建模和仿真 ,并对仿真的结果进行了简要分析 .
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所以 ,在确定空间矢量 PWM 调制周期 T 的条件下 ,确定参考电压矢量 Uout的区间以及空间矢量分 别作用的时间 T1、 T 2,就可以很方便的实现矢量控制 . 如图 3所示 ,在该方法中 ,有源电力滤波器系统为控制对象 ,检测到的谐波指令电流为参考电流 i* , 有源电力滤波器产生的补偿电流作为反馈电流 ,从而构成了一个闭环控制系统 ,并使得实际电流跟随指
关键词: 空间矢量控制 ;有源电力滤波器 ; 仿真 中图分类号: T M 744 文献标识码: A
0 引 言
有源电力滤波器是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置 ,它能对大小和频率均变 化的谐波及无功进行补偿〔 1〕 .目前 ,有源电力滤波器在电力系统中的应用越来越广泛 ,已经发展成为一 种抑制谐波和补偿无功的先进手段 . 当有源电力滤波器的主电路及控制对象均已确定时 ,对其输出电流 的控制方法是决定有源电力滤波器性能和效率的关键环节 .
参考文献:
[ 1] 王兆安 ,杨君 ,刘进军 .谐波抑制和无功补偿 [M ].北京: 电 力工业出版社 , 1999. [ 2] 曾江 ,刁勤华 ,倪以信 ,等 .基 于最优电压矢量的 有源滤波器电流控 制新方法 [ J].电 力系统自动化 , 2000, 24( 6): 25
～ 31. [3 ] V ander Breek H W , Skudely H C, V stake G. Analy sis and Realizatio n of a Pulse W idth M odulato r Based on
有八个不同的组合值 ,因此变流器的输出电压也有
八种相对应的组合 .不同开关状态对应的线电压和
图 1 三相 变流器结构
相电压如表 1所示 .在静止坐标系中 ,由八种不同开关组合所决定的八个基本的空间矢量中有两个零空
间矢量 ,因此共形成六个扇区 .电压矢量在复平面中分布及扇区划分如图 2所示 .
表 1 开关状态与线电压和相电压关系 (单位 UDC )
管恩振 ,王志和 ,张晓新
(内蒙古工业大学信息工程学院 ,呼和浩特 010062)
摘要: 介绍了空间矢量控制方法 ,对跟踪电流和输出电流之间的关 系进行了分析 ,
并提出了一种新 空间矢量控制方法 ,针对该空 间矢量控制 方法下的 并联型有源 电 力滤波器在 M A T L AB环境中进行了建模仿真 ,对仿真结果进行了简要分析 .
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