有源電力濾波器控制策略綜述.doc

有源電力濾波器控制策略綜述收藏此信息 打印該信息 添加：用戶發(fā)布 來源：未知摘 要： 針 對 空 間 矢 量 最 優(yōu) 控 制 、 定 頻 滯 環(huán) 電 流 控 制 、 單 周 控 制 、 變 結(jié) 構(gòu) 控 制 等 幾 種 目 前 在 有 源 電 力 濾 波 器 （ APF） 控 制 中 較 新 、 應(yīng) 用 較 廣 的 方 法 進 行 了 對 比 分 析 ， 指 出 了 它 們 各 自 的 優(yōu) 缺 點 及 應(yīng) 用 范 圍 。 提 出 了 基 于 單 位 功 率 因 數(shù) (UPF)控 制 和 組 合 變 流 器 相 移 SPWM兩 種 控 制 策 略 ， 并 進 行 了 仿 真 驗 證 。關(guān)鍵詞： 單 周 控 制 ； 變 結(jié) 構(gòu) 控 制 ； 單 位 功 率 因 數(shù) 控 制 ； 組 合 變 流 器 相 移 SPWM1 引 言近 年 來 ， 隨 著 電 力 電 子 技 術(shù) 的 發(fā) 展 ， 電 力 電 子 裝 置 的 應(yīng) 用 越 來 越 廣 ， 它 所 產(chǎn) 生 的 諧 波 和 無 功 功 率 給 電 網(wǎng) 帶 來 的 各 種 危 害 也 越 來 越 大 。 為 了 抑 制 高 次 諧 波 和 補 償 無 功 功 率 ， 近 幾 年 出 現(xiàn) 了 許 多 新 型 的 無 功 補 償 裝 置 和 有 源 濾 波 系 統(tǒng) 。 這 些 裝 置 雖 然 各 有 不 同 ， 但 有 一 點 是 共 同 的 ， 即 要 求 準(zhǔn) 確 快 速 地 檢 測 出 諧 波 和 無 功 功 率 ， 從 而 實 現(xiàn) 快 速 補 償 。 有 源 電 力 濾 波 器 （ APF） 的 關(guān) 鍵 技 術(shù) 之 一 就 是 逆 變 器 的 PWM技 術(shù) ， 目 前 常 用 的 PWM技 術(shù) 有 ：1） 基 于 正 弦 波 對 三 角 波 調(diào) 制 的 SPWM技 術(shù) ；2） 基 于 消 除 特 定 次 數(shù) 諧 波 的 HEPWM技 術(shù) ；3） 基 于 電 流 滯 環(huán) 跟 蹤 控 制 的 PWM技 術(shù) 。第 一 種 方 法 適 用 于 模 擬 系 統(tǒng) ， 在 微 機 控 制 系 統(tǒng) 中 很 少 采 用 ； 第 二 種 方 法 需 要 預(yù) 先 計 算 出 要 消 除 的 若 干 次 指 定 諧 波 ， 在 負 載 經(jīng) 常 變 化 的 情 況 下 ， 跟 隨 特 性 難 以 保 證 ； 第 三 種 方 法 比 較 適 合 微 機 控 制 ， 其 原 理 為 實 時 檢 測 逆 變 器 的 輸 出 、 并 與 跟 蹤 目 標(biāo) 進 行 比 較 ， 當(dāng) 偏 差 超 出 允 許 的 邊 帶 時 ， 控 制 器 動 作 ， 使 偏 差 減 小 。一 般 來 說 ， 波 形 質(zhì) 量 ， 開 關(guān) 損 耗 ， 電 壓 利 用 率 等 是 衡 量 PWM方 法 的 幾 個 重 要 指 標(biāo) ， 隨 著 現(xiàn) 代 大 功 率 器 件 開 關(guān) 頻 率 的 不 斷 提 高 ， 波 形 質(zhì) 量 問 題 己 得 到 了 較 好 的 解 決 ， 而 開 關(guān) 損 耗 問 題 卻 日 益 嚴 重 ， 以 電 路 拓 撲 改 進 為 代 表 的 軟 開 關(guān) 技 術(shù) 在 解 決 開 關(guān) 損 耗 問 題 的 同 時 也 帶 來 電 路 結(jié) 構(gòu) 復(fù) 雜 化 的 問 題 ， 對 復(fù) 雜 電 路 尤 其 如 此 。 所 以 ， 如 何 從 PWM控 制 方 法 的 優(yōu) 化 上 減 小 開 關(guān) 損 耗 ， 是 一 個 值 得 探 討 的 問 題 。針 對 APF的 控 制 ， 相 關(guān) 文 獻 提 出 了 各 種 控 制 方 法 ， 如 正 弦 三 角 波 調(diào) 制 ， 代 價 函 數(shù) 最 小 PWM法 和 空 間 矢 量 PWM法 、 單 周 控 制 、 無 差 拍 控 制 、 變 結(jié) 構(gòu) 控 制 等 。 這 里 簡 單 介 紹 幾 種 較 好 、 較 新 的 控 制 方 法 。2 各 種 控 制 策 略 綜 述2. 1 空 間 矢 量 最 優(yōu) 控 制空 間 電 壓 矢 量 法 (SVPWM)也 叫 磁 通 正 弦PWM法 。 它 以 三 相 對 稱 正 弦 波 電 壓 供 電 時 交 流 電 動 機 的 理 想 磁 通 圓 為 基 淮 ， 用 逆 變 器 不 同 的 開 關(guān) 模 式 所 產(chǎn) 生 實 際 磁 通 去 迫 近 基 準(zhǔn) 圓 磁 通 。 由 它 們 的 比 較 結(jié) 果 決 定 逆 變 器 的 開 關(guān) ， 形 成 PWM波 形 。 此 法 從 電 動 機 的 角 度 出 發(fā) ， 把 逆 變 器 和 電 機 看 作 一 個 整 體 ， 使 電 機 獲 得 幅 值 恒 定 的 圓 形 磁 場 。 通 過 控 制 磁 通 或 電 壓 矢 量 導(dǎo) 通 時 間 ， 用 盡 可 能 多 的 多 邊 形 磁 通 去 逼 近 正 弦 磁 通 。 具 體 方 法 又 分 為 磁 通 開 環(huán) 式 和 磁 通 閉 環(huán) 式 。 磁 通 開 環(huán) 法 用 兩 個 非 零 矢 量 和 一 個 零 矢 量 合 成 一 個 等 效 的 電 壓 矢 量 ， 若 采 樣 時 間 足 夠 小 ， 可 合 成 任 意 電 壓 矢 量 。 此 法 輸 出 電 壓 正 弦 波 調(diào) 制 時 提 高 l5 ， 諧 波 電 流 有 效 值 之 和 接 近 最 小 。 磁 通 閉 環(huán) 式 引 入 磁 通 反 饋 ， 控 制 磁 通 的 大 小 和 變 化 的 速 度 。 在 比 較 估 算 磁 通 和 給 定 磁 通 后 ， 根 據(jù) 誤 差 決 定 產(chǎn) 生 下 一 個 電 壓 矢 量 ， 形 成 PWM波 形 。 這 種 方 法 克 服 了 磁 通 開 環(huán) 法 的 不 足 ， 解 決 了 電 機 低 速 時 ， 定 子 電 阻 影 響 大 的 問 題 ， 減 小 了 電 機 的 脈 動 和 噪 音 。 有 的 學(xué) 者 提 出 一 種 應(yīng) 用 于 新 型 三 電 平 PWM高 頻 整 流 系 統(tǒng) 的 電 壓 空 間 矢 量 PWM調(diào) 制 控 制 方 式 1， 使 得 系 統(tǒng) 不 僅 能 控 制 有 功 功 率 的 傳 輸 ， 而 且 能 提 供 無 功 功 率 的 吞 吐 。 它 不 僅 優(yōu) 化 開 關(guān) 矢 量 ， 降 低 開 關(guān) 頻 率 ， 提 高 直 流 側(cè) 電 壓 利 用 率 ， 減 小 AC側(cè) 輸 入 電 流 的 總 諧 波 畸 變 率 ， 而 且 在 中 點 電 位 控 制 方 面 也 易 于 實 現(xiàn) 。 將 開 關(guān) 矢 量 劃 分 為 4類 ： 小 開 關(guān) 矢 量 ， 零 開 關(guān) 矢 量 ， 中 開 關(guān) 矢 量 ， 大 開 關(guān) 矢 量 （ 見 圖 1） 。 開 關(guān) 矢 量 選 擇 及 優(yōu) 化 的 原 則 如 下 ： 1) 為 了 優(yōu) 化 開 關(guān) 頻 率 ， 開 關(guān) 矢 量 選 擇 應(yīng) 該 是 每 次 開 關(guān) 矢 量 變 化 時 ， 只 有 一 個 開 關(guān) 函 數(shù) 變 動 ， 而 且 變 動 值 循 環(huán) ；2) 在 一 個 開 關(guān) 周 期 中 ， 開 關(guān) 矢 量 的 選 擇 是 對 稱 的 ；3) 零 矢 量 或 等 效 零 矢 量 的 作 用 時 間 是 等 分 分 配 的 ；4) 考 慮 正 開 關(guān) 矢 量 和 負 開 關(guān) 矢 量 的 協(xié) 調(diào) 作 用 來 平 衡 中 點 電 位 的 浮 動 ?；?于 電 壓 矢 量 的 控 制 方 法 本 身 就 有 較 高 的 直 流 電 壓 利 用 率 和 控 制 精 度 ， 利 用 該 方 法 能 方 便 地 判 定 參 考 電 壓 矢 量 所 在 區(qū) 域 ， 從 而 應(yīng) 用 最 優(yōu) 電 壓 矢 量 進 行 控 制 ， 使 得 SVPWM性 能 進 一 步 提 高 。2 2 滯 環(huán) 電 流 控 制滯 環(huán) 電 流 控 制 是 一 種 簡 單 的 Bang bang控 制 ， 它 集 電 流 控 制 與 PWM于 一 體 。 實 際 電 流 與 指 令 電 流 的 上 、 下 限 相 比 較 ， 交 點 作 為 開 關(guān) 點 。 指 令 電 流 的 上 、 下 限 形 成 一 個 滯 環(huán) 。 滯 環(huán) 電 流 控 制 具 有 以 下 特 點 ：1） 滯 環(huán) 電 流 控 制 是 基 于 電 流 暫 態(tài) 的 控 制 ， 具 有 動 態(tài) 響 應(yīng) 速 度 快 、 魯 棒 性 好 的 優(yōu) 點 ；2） 滯 環(huán) 電 流 控 制 本 質(zhì) 是 一 種 隱 含 載 波 的 變 頻 SPWM調(diào) 制 方 式 ， 在 三 相 高 功 率 因 數(shù) 整 流 器 中 ， 滯 環(huán) 控 制 的 隱 含 載 波 頻 率 隨 電 網(wǎng) 電 壓 做 周 期 性 變 化 ， 變 化 頻 率 為 工 頻 的 2倍 ；3） 滯 環(huán) 電 流 控 制 輸 出 頻 譜 范 圍 寬 ， 濾 波 較 困 難 ， 諧 波 能 量 均 勻 分 布 在 較 寬 的 頻 帶 范 圍 內(nèi) 。該 方 法 將 指 令 電 流 值 與 實 際 補 償 電 流 的 差 值 輸 入 到 具 有 滯 環(huán) 特 性 的 比 較 器 中 ， 然 后 用 比 較 器 的 輸 出 來 控 制 逆 變 器 的 開 關(guān) 器 件 。 與 三 角 載 波 控 制 方 式 相 比 ， 該 方 法 開 關(guān) 損 耗 小 ， 動 態(tài) 響 應(yīng) 快 。 但 是 ， 該 方 法 使 開 關(guān) 頻 率 變 化 較 大 ， 容 易 引 起 脈 沖 電 流 和 開 關(guān) 噪 聲 。 后 來 ， 為 限 定 開 關(guān) 頻 率 的 最 大 值 而 提 出 了 變 滯 環(huán) 帶 寬 的 改 進 算 法 ， 這 必 將 影 響 響 應(yīng) 速 度 和 補 償 電 流 跟 蹤 精 度 。 為 了 解 決 滯 環(huán) 電 流 控 制 變 頻 的 缺 點 ， 仍 有 不 少 學(xué) 者 在 探 索 改 進 的 方 案 ， 比 如 ： 限 制 最 高 開 關(guān) 頻 率 ， 通 過 改 變 滯 環(huán) 寬 度 實 現(xiàn) 恒 頻 控 制 等 。目 前 應(yīng) 用 于 有 源 濾 波 器 的 電 流 控 制 方 法 一 般 有 兩 類 ， 即 滯 環(huán) 電 流 控 制 方 法 和 三 角 波 電 流 控 制 方 法 。 前 者 精 度 較 高 且 響 應(yīng) 快 ， 但 開 關(guān) 頻 率 可 能 波 動 很 大 ， 后 者 開 關(guān) 頻 率 恒 定 ， 裝 置 安 全 性 較 高 ， 但 響 應(yīng) 較 慢 ， 精 度 較 低 。 而 基 于 電 壓 矢 量 的 控 制 方 法 有 較 高 的 直 流 電 壓 利 用 率 和 控 制 精 度 。 為 解 決 既 能 保 持 恒 定 的 開 關(guān) 頻 率 ， 有 較 高 的 直 流 電 壓 利 用 率 ， 又 能 同 時 提 高 有 源 濾 波 器 性 能 和 效 率 的 難 題 ，有 人 提 出 一 種 新 的 基 于 優(yōu) 化 電 壓 矢 量 的 有 源 濾 波 器 定 頻 滯 環(huán) 電 流 控 制 方 法 2。 它 的 主 要 原 理 是 保 持 一 相 開 關(guān) 合 于 下 臂 不 動 ， 用 其 余 兩 相 開 關(guān) 去 獨 立 控 制 相 應(yīng) 的 相 間 電 流 ， 并 不 需 要 估 計 阻 抗 參 數(shù) ， 便 能 實 現(xiàn) 兩 相 解 耦 ， 進 而 在 傳 統(tǒng) 的 滯 環(huán) 控 制 中 實 現(xiàn) 了 開 關(guān) 定 頻 。 該 方 法 的 特 點 ， 一 是 能 快 速 正 確 判 定 參 考 電 壓 矢 量 的 區(qū) 域 ， 從 而 選 擇 優(yōu) 化 電 壓 矢 量 去 控 制 電 流 ， 二 是 可 選 擇 逆 變 器 中 的 兩 個 適 當(dāng) 的 開 關(guān) 去 獨 立 控 制 相 應(yīng) 的 兩 個 相 間 電 流 ， 不 需 估 計 阻 抗 值 即 可 實 現(xiàn) 開 關(guān) 定 頻 化 。 在 達 到 較 高 的 控 制 精 度 、 保 證 較 高 的 輸 出 電 壓 的 同 時 ， 還 實 現(xiàn) 了 開 關(guān) 的 定 頻 化 ， 從 而 使 有 源 濾 波 器 的 綜 合 性 能 有 明 顯 提 高 。2. 3 單 周 控 制單 周 控 制 法 ， 又 稱 積 分 復(fù) 位 控 制 （ Integration Reset Control， 簡 稱 IRC） 作 為 一 種 非 線 性 控 制 法 ， 最 早 由 美 國 學(xué) 者 Keyue M.Smedley和 S1obodan Cuk提 出 。 該 技 術(shù) 同 時 具 有 調(diào) 制 和 控 制 的 雙 重 性 ， 通 過 復(fù) 位 開 關(guān) 、 積 分 器 、 觸 發(fā) 電 路 、 比 較 器 達 到 跟 蹤 指 令 信 號 的 目 的 。 單 周 控 制 器 由 控 制 器 、 比 較 器 、 積 分 器 及 時 鐘 組 成 ， 其 中 控 制 器 可 以 是 RS觸 發(fā) 器 ， 其 控 制 原 理 如 圖 2所 示 。 圖 2中 ， K可 以 是 任 何 物 理 開 關(guān) ， 也 可 是 其 它 可 轉(zhuǎn) 化 為 開 關(guān) 變 量 形 式 的 抽 象 信 號 。 單 周 控 制 法 作 為 一 種 新 型 非 線 性 控 制 技 術(shù) ， 它 可 應(yīng) 用 于 PWM控 制 、 軟 開 關(guān) 等 。 這 種 方 法 的 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 的 平 均 值 與 控 制 參 考 量 相 等 或 成 比 例 。 單 周 控 制 在 控 制 電 路 中 不 需 要 誤 差 綜 合 ， 它 能 在 一 個 周 期 內(nèi) 自 動 消 除 穩(wěn) 態(tài) 、 瞬 態(tài) 誤 差 ， 前 一 周 期 的 誤 差 不 會 帶 到 下 一 周 期 ， 因 此 ， 克 服 了 傳 統(tǒng) 的 PWM控 制 方 法 的 不 足 ， 適 用 于 各 種 脈 寬 調(diào) 制 軟 開 關(guān) 等 開 關(guān) 逆 變 器 ， 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 ， 此 外 ， 單 周 控 制 還 能 優(yōu) 化 系 統(tǒng) 響 應(yīng) 、 減 小 畸 變 和 抑 制 電 源 干 擾 ， 是 一 種 很 有 前 途 的 控 制 方 法 。 在 DC/DC變 換 器 中 已 經(jīng) 得 到 充 分 的 研 究 。 作 為 一 種 調(diào) 制 方 式 ， 該 技 術(shù) 最 近 在 向 三 相 變 流 器 方 面 ， 如 電 流 型 PFC、 電 壓 型 APF探 索 。 IRC具 有 電 路 簡 單 可 靠 、 控 制 效 果 好 的 優(yōu) 點 、 不 僅 具 有 重 要 的 理 論 意 義 ， 而 且 也 具 有 很 好 的 工 程 應(yīng) 用 價 值 。2. 4 變 結(jié) 構(gòu) 控 制 35目 前 ， 混 合 型 電 力 濾 波 器 （ HAPF） 是 一 種 效 率 較 高 ， 應(yīng) 用 極 為 廣 泛 的 APF。 其 中 ， 無 源 濾 波 器 對 負 載 的 諧 波 電 流 進 行 濾 波 ， 并 提 供 一 定 的 基 波 無 功 補 償 ； 而 有 源 濾 波 器 則 起 改 善 無 源 濾 波 器 特 性 的 作 用 。 因 而 ， 以 非 常 小 容 量 的 有 源 濾 波 器 ， 就 可 以 彌 補 無 源 濾 波 器 特 性 的 一 些 固 有 缺 陷 。 這 樣 既 可 以 改 善 無 源 濾 波 器 的 濾 波 效 果 ， 防 止 其 與 電 網(wǎng) 之 間 發(fā) 生 諧 振 ， 又 避 免 了 并 聯(lián) 有 源 濾 波 器 的 諧 波 電 流 注 入 并 聯(lián) 的 無 源 濾 波 器 形 成 諧 波 短 路 的 現(xiàn) 象 ， 提 高 了 有 源 濾 波 器 的 有 限 容 量 的 利 用 率 。 而 HAPF的 控 制 策 略 ， 大 多 以 上 世 紀(jì) 80年 代 初 H Akagi等 人 提 出 的 瞬 時 無 功 理 論 為 基 礎(chǔ) 。 通 過 對 電 力 系 統(tǒng) 中 無 功 和 諧 波 電 流 的 檢 測 計 算 來 實 現(xiàn) 無 功 功 率 和 諧 波 電 流 的 補 償 。 不 僅 計 算 、 控 制 復(fù) 雜 ， 而 且 由 于 未 對 期 望 的 電 源 電 流 實 現(xiàn) 閉 環(huán) 跟 蹤 控 制 ， 測 量 和 計 算 誤 差 得 不 到 補 償 ， 影 響 了 其 補 償 性 能 的 提 高 。 變 結(jié) 構(gòu) 控 制 (Variable Structure Control， 簡 稱 VSC)理 論 ， 對 系 統(tǒng) 的 變 化 和 外 部 干 擾 不 敏 感 ， 具 有 很 強 的 魯 棒 性 ， 文 獻 4應(yīng) 用 VSC理 論 ， 在 建 立 空 間 矢 量 數(shù) 學(xué) 模 型 的 基 礎(chǔ) 上 ， 推 出 一 種 混 合 型 電 力 濾 波 器 的 變 結(jié) 構(gòu) 控 制 方 法 ， 避 免 了 較 復(fù) 雜 的 諧 波 電 流 計 算 ， 實 現(xiàn) 了 對 電 源 電 流 和 電 容 電 壓 的 閉 環(huán) 控 制 ， 具 有 良 好 的 控 制 性 能 ， 是 一 種 簡 單 有 效 且 易 于 實 現(xiàn) 的 方 法 。2. 5 無 差 拍 控 制 56無 差 拍 控 制 （ Dead Beat Control， 簡 稱 DBC） 是 一 種 全 數(shù) 字 化 的 控 制 技 術(shù) ， 其 基 本 思 想 是 將 輸 出 參 數(shù) 波 形 等 間 隔 地 劃 分 為 若 干 個 取 樣 周 期 。 根 據(jù) 電 路 在 每 一 取 樣 周 期 的 起 始 值 ， 預(yù) 測 在 關(guān) 于 取 樣 周 期 中 心 對 稱 的 方 波 脈 沖 作 用 下 某 電 路 變 量 在 取 樣 周 期 末 尾 時 的 值 。 適 當(dāng) 控 制 方 波 脈 沖 的 極 性 與 寬 度 ， 就 能 使 輸 出 波 形 與 要 求 的 參 數(shù) 波 形 重 合 。 不 斷 調(diào) 整 每 一 取 樣 周 期 內(nèi) 方 波 脈 沖 的 極 性 與 寬 度 ， 就 能 獲 得 諧 波 失 真 小 的 輸 出 。 其 優(yōu) 點 是 動 態(tài) 響 應(yīng) 很 快 ， 易 于 計 算 機 執(zhí) 行 。 無 差 拍 控 制 逆 變 器 也 存 在 如 下 諸 多 缺 點 ：1） 對 系 統(tǒng) 參 數(shù) 依 賴 性 較 大 ；2） 魯 俸 性 較 差 ；3） 瞬 態(tài) 響 應(yīng) 的 超 調(diào) 量 大 ；4） 計 算 的 實 時 性 強 ， 對 硬 件 要 求 高 。為 克 服 DBC的 以 上 種 種 不 足 ， 國 內(nèi) 外 學(xué) 者 做 了 一 些 大 膽 嘗 試 。 文 獻 7中 提 出 了 一 種 帶 負 載 電 流 觀 測 器 的 DBC， 假 定 負 載 電 流 變 化 率 在 采 樣 間 隔 保 持 不 變 ， 用 兩 個 二 階 觀 測 器 分 別 觀 測 狀 態(tài) 變 量 （ 通 常 為 輸 出 電 壓 和 濾 波 電 感 電 流 ） 和 負 載 電 流 ， 提 高 了 對 不 同 負 載 性 質(zhì) 的 適 應(yīng) 性 。 隨 著 數(shù) 字 信 號 處 理 單 片 機 (DSP)應(yīng) 用 的 不 斷 普 及 ， 這 是 一 種 很 有 前 途 的 控 制 方 法 。 在 APF中 ， 跟 蹤 參 考 信 號 的 控 制 方 法 是 決 定 有 源 濾 波 器 補 償 質(zhì) 量 的 關(guān) 鍵 。 因 為 ， 只 有 求 得 補 償 信 號 參 考 值 后 ， 才 能 通 過 反 饋 環(huán) 節(jié) 和 控 制 變 流 器 的 開 關(guān) 元 件 使 變 流 器 產(chǎn) 生 與 參 考 信 號 相 等 的 實 際 信 號 。 文 獻 8表 明 ： 用 基 于 DBC的 APF變 流 器 的 輸 出 可 以 很 好 地 跟 蹤 參 考 諧 波 電 壓 信 號 ， 使 負 載 端 的 電 壓 波 形 接 近 于 正 弦 波 ， 這 種 APF即 使 在 開 關(guān) 頻 率 比 較 低 的 情 況 下 也 有 著 良 好 的 動 靜 態(tài) 響 應(yīng) 。2. 6 基 于 單 位 功 率 因 數(shù) (UPF)的 控 制 策 略該 控 制 策 略 的 目 的 是 使 非 線 性 負 載 和 濾 波 器 的 并 聯(lián) 等 效 為 一 電 阻 性 負 載 。 假 設(shè) 電 網(wǎng) 電 壓 無 畸 變 傅 里 葉 展 開 為如 加 上 濾 波 器 后 負 載 側(cè) 的 輸 入 阻 抗 呈 電 阻 性 則 補 償 后 的 網(wǎng) 側(cè) 電 流 可 表 示 為式 中 ： k為 復(fù) 合 非 線 性 負 載 和 濾 波 器 的 組 合 電 導(dǎo) 。電 網(wǎng) 電 流 是 與 電 網(wǎng) 電 壓 同 頻 同 相 的 正 弦 波 且 沒 有 諧 波 成 分 ， 功 率 因 數(shù) 為 1（ 單 位 功 率 因 數(shù) ） 。 為 驗 證 本 文 所 提 的 基 于 單 位 功 率 因 數(shù) 控 制 策 略 ， 利 用 Matlab構(gòu) 造 圖 3所 示 的 實 驗 電 路 ， 相 應(yīng) 參 數(shù) 見 表 1， 結(jié) 果 見 圖 4， 圖 5及 圖 6。 2. 7 組 合 變 流 器 相 移 SPWM有 源 濾 波 和 無 功 補 償 裝 置 要 求 具 有 良 好 的 調(diào) 節(jié) 性 能 和 足 夠 的 輸 出 功 率 ， 以 提 供 電 流 的 超 前 和 滯 后 補 償 ， 同 時 要 求 系 統(tǒng) 具 有 足 夠 的 頻 帶 寬 度 以 達 到 消 除 高 次 諧 波 的 目 的 。 為 了 實 現(xiàn) 對 無 功 電 流 和 高 次 諧 波 電 流 的 有 效 補 償 ， 需 要 開 關(guān) 器 件 工 作 在 較 高 的 頻 率 下 。 但 大 功 率 正 弦 波 脈 寬 調(diào) 制 （ SPWM） 變 流 器 開 關(guān) 頻 率 會 受 限 制 ， 原 因 為1） 大 功 率 半 導(dǎo) 體 器 件 的 開 關(guān) 頻 率 較 低 ；2） 高 的 開 關(guān) 頻 率 會 導(dǎo) 致 較 大 的 開 關(guān) 損 耗 ， 降 低 系 統(tǒng) 效 率 。而 多 重 化 的 功 率 變 換 器 調(diào) 節(jié) 性 能 較 差 ， 不 能 完 全 滿 足 現(xiàn) 代 電 網(wǎng) 的 要 求 。 為 此 ， 由 本 文 作 者 之 一 和 加 拿 大 B.T. Ooi教 授 共 同 提 出 9了 組 合 變 流 器 相 移 SPWM技 術(shù) 。 相 移 SPWM技 術(shù) 的 基 本 思 想 是 ： 在 變 流 器 單 元 數(shù) 為 Lx的 電 壓 型 SPWM組 合 裝置 中 ， 各 變 流 器 單 元 采 用 共 同 的 調(diào) 制 波 信 號 sm， 其 頻 率 為 fm。 各 變 流 器 單 元 的 三 角 載 波 頻 率 為 fc， 將 各 三 角 載 波 的 相 位 相 互 錯 開 三 角 載 波 周 期 的 1/Lx， 如 圖 7(a)所 示 (變 流 器 單 元 數(shù) Lx=5， SPWM頻 率 調(diào) 制 比 fc/fm=3， 幅 度 調(diào) 制 比 ma=0.8)。 圖 7(b)所 示 的 Lx個 波 形 分 別 為 Lx個 變 流 器 單 元 的 輸 出 ， 上 述 Lx個 變 流 器 單 元 交 流 輸 出 疊 加 形 成 整 個 組 合 變 流 器 的 輸 出 波 形 ， 如 圖 7(c)所 示 。 對 輸 出 進 行 頻 譜 分 析 ， 變 流 器 單 元 之 一 的 輸 出 波 形 頻 譜 如 圖 7(d)所 示 ， 疊 加 后 整 個 組 合 變 流 器 輸 出 波 形 頻 譜 如 圖 7(e)。 比 較 圖 7(d)和 圖 7(e)可 見 各 變 流 器 單 元 輸 出 疊 加 后 形 成 的 組 合 變 流 器 總 輸 出 波 形 中 諧 波 得 到 了 有 效 的 抑 制 。 該 技 術(shù) 的 實 質(zhì) 是 多 重 化 和 PWM技 術(shù) 的 有 機 結(jié) 合 ， 能 夠 在 低 開 關(guān) 頻 率 下 實 現(xiàn) 大 功 率 變 流 器 SPWM技 術(shù) ， 而 且 顯 著 地 減 少 了 輸 出 諧 波 ， 改 善 了 輸 出 波 形 ， 從 而 減 少 濾 波 器 的 容 量 。 同 時 ， 相 移 SPWM變 流 器 具 有 良 好 的 動 態(tài) 響 應(yīng) 和 較 高 的 傳 輸 頻 帶 ， 使 得 許 多 先 進 的 控 制 手 段 得 以 應(yīng) 用 ， 控 制 性 能 得 以 提 高 。 電 流 型 變 流 器 由 于 具 有 直 接 提 供 電 流 ， 運 行 可 靠 ， 保 護 簡 單 等 優(yōu) 點 ， 而 在 許 多 大 功 率 場 合 得 到 應(yīng) 用 。 例 如 ： 電 網(wǎng) 有 源 補 償 裝 置 ， 如 果 采 用 電 流 型 相 移 SPWM技 術(shù) 可 以 達 到 結(jié) 構(gòu) 簡 單 ， 控 制 特 性 好 ， 響 應(yīng) 快 ， 頻 帶 寬 ， 消 除 諧 波 能 力 強 等 優(yōu) 點 。 文 獻 10中 應(yīng) 用 于 SVG和 SMES的 這 項 技 術(shù) 稱 為 相 移 SPWM。 這 就 解 決 了 大 功 率 裝 置 與 器 件 開 關(guān) 頻 率 較 低 的 矛 盾 ， 可 使 GTO等 特 大 功 率 器 件 組 成 的 變 流 器 用 于 APF裝 置 。 因 此 ， 這 種 技 術(shù) 在 APF等 大 功 率 場 合 中 具 有 廣 闊 的 應(yīng) 用 前 景 。3 結(jié) 語本 文 提 及 的 幾 種 比 較 新 穎 的 APF控 制 策 略 。 在 電 壓 矢 量 基 礎(chǔ) 上 實 行 滯 環(huán) 電 流 控 制 可 在 同 樣 的 控 制 精 度 下 ， 有 效 地 降 低 開 關(guān) 頻 率 ， 減 小 APF的 開 關(guān) 損 耗 ； 單 周 控 制 在 一 個 周 期 內(nèi) 消 除 穩(wěn) 態(tài) 、 瞬 態(tài) 誤 差 ， 具 有 反 應(yīng) 快 、 抗 電 源 干 擾 、 控 制 電 路 簡 單 等 優(yōu) 點 ， 是 一 種 很 有 前 途 的 控 制 方 法 ； 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 是 一 種 全 數(shù) 字 化 的 控 制 技 術(shù) 。 有 關(guān) APF的 控 制 策 略 正 隨 著 DSP技 術(shù) 和 智 能 控 制 理 論 的 發(fā) 展 而 不 斷 涌 現(xiàn) 。 隨 著 控 制 策 略 的 改 進 ， APF的 特 性 也 將 不 斷 提 高 ， 而 相 應(yīng) 的 價 格 也 必 將 下 降 。 參 考 文 獻 1 高 景 德 電 機 過 渡 過 程 的 基 本 理 論 及 分 析