一种基于有源电力滤波器的svpwm无差拍控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及有源电力滤波器的控制方法，特别是一种基于有源电力滤波器的 SVPWM无差拍控制方法。
【背景技术】
[0002] 伴随着经济的快速发展，大量的电力电子装置被广泛的应用于工业，农业等领域。 由于电力电子装置本身的特点，比如电力电子装置的非线性和时变性。使得电力电子装置 使用时，会产生大量的谐波W及无功功率。运些无功功率和谐波对于电网的稳定性是有影 响的。对于谐波污染的运种情况，传统的方法是使用无源滤波器。但无源滤波器其自身具 有很多缺点和局限性，越来越不能满足电网电能质量的要求。而有源电力滤波器技术近些 年已经成为国内外研究学者研究的热点。对于有源滤波器谐波电流检测和补偿电流的发生 是极其关键的技术。
[0003] 有源电力滤波器的电流控制一般采用PWM模式。目前常用的PWM控制方式有 滞环电流控制、S角波电流控制、电压空间矢量脉宽调制（SpaceVectorPulseWidth Mo化lation，SVPWM)S种技术。对于SVPWM控制方法，其主要优点在于：提高逆变器直流侧 电压的利用率，减小开关器件的开关频率W及减少谐波成分，而且此方法更容易实现数字 化。所W，SVPWM广泛地应用于有源滤波器的控制系统中。但SVPWM控制方法其复杂的算法 及大量计算会导致计算的延时。无差拍控制有优良的动态响应特性，当电源或负载突然变 化从而使输出电压发生偏差时，只要一个开关周期内就可W使输出电压再次跟踪给定值。
[0004] 本发明一种基于有源电力滤波器的SVPWM无差拍控制方法，将SVPWM控制方法与 无差拍控制方法相结合，对有源电力滤波器的电流进行补偿控制，能够实现较好的动态补 偿效果。
【发明内容】
阳0化]本发明的目的在于提供一种基于有源电力滤波器的SVPWM无差拍控制方法，W克 服现有技术中存在的缺陷。
[0006] 为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于有源电力滤波器的SVPWM无差 拍控制方法，按照如下方式实现：
[0007] 步骤Sl:建立有源电力滤波器的数学模型，由基尔霍夫电压定律得出有源电力滤 波器的数学模型公式；
[0008] 步骤S2 :对所述有源电力滤波器的数学模型公式在k时刻进行微分离散；
[0009] 步骤S3 :已知k-1时刻W及k时刻的指令电流值为C(k-l)、1。*似，通过线性预 测算法或抛物线预测算法得到k+1时刻的指令电流值C化+1);
[0010] 步骤S4 :将所述步骤S3中通过线性预测指令电流公式或抛物线预测指令电流 公式预测出的k+1时刻的指令电流C化+1)带入无差拍控制算法，得出变流器参考电压 U*似； W11] 步骤S5 :判断所述变流器参考电压11*^似所在的扇区；
[0012] 步骤S6 :确定所述变流器参考电压u"^(k)所在的扇区对应的基本矢量与零矢量作 用的时间；
[0013] 步骤S7 :判断所述变流器参考电压u"^(k)矢量是否超过变流器输出的最大电压， 若Ti+T2《T拥，则无需纠正，若T片2>T拥，则需要纠正，其中，T,为PWM开关周期，T1与 Tz分别为a-0坐标系中Vi与V2在一个PWM脉冲开关周期内所运行的时间；
[0014] 步骤S8 :计算出Ta、TbW及Tc，Ta、TbW及T。为分别用W控制各桥臂开关管状态的 时间信号，将T。、TbW及T。与S角波比较，生成PWM脉冲信号W控制变流器开关器件的通 断；为减少开关损耗，采用对称屯段式PWM方式，即W零矢量（000)作为开关周期的起点与 结束，（111)作为中间矢量。
[0015] 在本发明一实施例中，在所述步骤Sl中，所述有源电力滤波器的数学模型如下：
[0017] 其中，e。、6b、e。为各相交流电电压，i。、ib、ic分别为有源电力滤波器各相的补偿电 流，R、L分别为主电路交流侧的电阻与电感。
[0018] 在本发明一实施例中，在所述步骤S2中，微分离散后的公式如下：
[0020] 其中，T为一个周期，i。似与ici(k+l)分别为补偿电流在k与k+1时刻的值，Gj似 为微分离散后k时刻的交流电电压值，L为主电路交流侧电感，j为离散后各个物理量的序 号。
[0021] 在本发明一实施例中，在所述步骤S3中，k+1时刻的指令电流值i/化+1)由线性 预测算法或抛物线预测算法得到，所述线性预测算法中线性预测指令电流公式如下：
[0022] C化+1) = 2C似-C(k-i)
[0023] 所述抛物线预测算法中抛物线预测指令电流公式如下：
[0024] ic* 化+1) =ic* 化-2)-3ic* 化-l)+3ic*(k) 阳0巧]其中，C(k-。为k-2时刻的指令电流。
[00%] 在本发明一实施例中，在所述步骤S4中，所述变流器参考电压u"^(k)如下所示：
阳02引其中，C化+1)为k+1时刻的指令电流值，Sj似为微分离散后k时刻的交流电电 压值，L为主电路交流侧电感，1。,化）为补偿电流在k时刻的值，T为一个周期。
[0029] 在本发明一实施例中，在所述步骤S5中，采用3/2的坐标变换法判断所述变流器 参考电压11*^化）所在的扇区，即通过a-e坐标系中的￥。与￥^进行运算得出所述变流器 参考电压u"^(k)所在扇区对应的N值，且所述3/2的坐标变换等式如下所示：
[0031] 在本发明一实施例中，所述步骤S5具体包括W下步骤：
[0032]步骤S51:记N=A+2B+4C，若Vp> 0 时，即U bc>0 时，得A= 1，否则A=0 ;若 ~质',，一F.占'>0，良PUab>0 时，得B= 1，否贝IjB= 0;若一朽一f另> 0,良PUca>0 时，得C= 1，否则C= 0 ; 阳03引步骤S52 :将经所述步骤S51获取的A、BW及C的值带入式子N=A巧B+4C中得 到所对应的扇区；
[0034] 步骤S53 :N的取值分为W下六种情况：
[0035] (1)当N=1时，所述变流器参考电压u*(k)处于扇区II;
[0036] 似当N= 2时，所述变流器参考电压11*^似处于扇区/1 ;
[0037] 做当N= 3时，所述变流器参考电压11*^似处于扇区I; 阳〇3引 （4)当N= 4时，所述变流器参考电压化）处于扇区IV;
[0039] 妨当N= 5时，所述变流器参考电压11*^似处于扇区111 ; W40] (6)当N= 6时，所述变流器参考电压化）处于扇区V。
[0041] 在本发明一实施例中，在所述步骤S6中，按下列公式确定所述基本矢量与所述零 矢量作用的时间：
[0043] 其中，Tk与TW分别为Vk与VW在同一开关周期内所作用的时间，Vk与VW为各扇 区的基本矢量，T。为a-e坐标系中零矢量所作用的时间，Tg为PWM开关周期，Ud。为直流 侧电容两端的电压。 W44] 在本发明一实施例中，在所述步骤S7中，若Tl巧TS时，则无需纠正，得到： ' T、二T''
[0045] J 了2 =Ta Ta = Ts-Ti - n
[0046] 其中，T。为a-0坐标系中零矢量所作用的时间；
[0047] 若Ti+T2>T拥，则需要纠正，得到纠正公式：
[0049] 相较于现有技术，本发明具有W下有益效果：本发明所提出的一种基于有源电力 滤波器的SVPWM无差拍控制方法，在负载发生突变情况下，经过一个工频周期后，补偿电流 仍然能够准确的跟踪指令电流的变化，具有较快的动态响应。对固定开关矢量的作用时序 进行优化，有效降低了开关器件的工作频率。
【附图说明】
[0050] 图1为本发明中SVPWM无差拍控制原理图。
[0051] 图2为本发明中有源电力滤波器主电路图.
[0052] 图3为本发明中空间电压矢量分布图。
[0053] 图4为本发明中SVPWM算法框图。
[0054] 图5为本发明的中各扇区开关切换顺序与切换点。
【具体实施方式】
[0055] 下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
[0056] 有源电力滤波器作为一种动态抑制谐波的电力电子装置，具有W下优点：具有自 适应功能，能够实现动态补偿；可同时补偿谐波和无功电能；受电网阻抗的影响不大，不容 易与电网阻抗发生谐振。对于有源电力滤波器来说，谐波电流检测与补偿电流的发生是其 极为关键的技术。本发明提出一种基于有源电力滤波器的SVPWM无差拍控制方法，将SVPWM 控制技术与无差拍控制技术相结合，能够提高逆变器直流侧电压的利用率，减少开关器件 的开关频率W及减少谐波成分，消除由于复杂算法及大量计算导致的计算延时。
[0057] 本发明所提出的一种基于有源电力滤波器的SVPWM无差拍控制方法，如图1~图 4所示，包括W下步骤：
[0058] 步骤Sl:建立有源电力滤波器的数学模型，由附图2和基尔霍夫电压定律可W得 出有源电力滤波器的数学模型公式，数学模型为：
W60] 式子中，e。、6b、e。为各相交流电电压，i。、ib、i。分别为有源电力滤波器各相的补偿 电流，R、L分别为主电路交流侧的电阻和电感。
[0061]步骤S2:对有源电力滤波器的数学模型公式在k时刻进行微分离散。离散后的公 式为：
[006引式子中，T为一个周期，i。似与i。, (k+1)分别为补偿电流在k与k+1时刻的值，