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1、本科生毕业论文姓名：学号：专业：电气工程及其自动化电气工程及其自动化论文题目：有源电力滤波器有源电力滤波器电流控制器设计电流控制器设计指导教师：职 称：2014 年 6 月XXXX 大学毕业论文任务书专业年级 学号学生姓名任 务 下 达 日 期：任 务 下 达 日 期：2013年年10月月14日日毕业论文日期：毕业论文日期：2013 年年 12 月月 30 日至日至 2014 年年 6 月月 7 日日毕业论文题目：有源电力滤波器电流控制器设计毕业论文题目：有源电力滤波器电流控制器设计毕业设计专题题目：毕业设计专题题目：毕业论文主要内容和要求：毕业论文主要内容和要求：主要内容：1.研究 APF
2、的研究背景、意义和发展概况；2.APF 的结构及工作原理；3.APF 主电路参数的设计方法；4.研究 APF 跟踪控制方法；5.APF 仿真及分析；具体要求：1.查阅相关资料，了解 APF 的结构及工作原理；2.分析有源电力滤波器谐波检测方法；3.APF 主电路参数的设计及控制策略的分析；4建立 APF 仿真模型并进行仿真验证分析。指导教师签字：郑 重 声 明本人所呈交的毕业论文，是在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本毕业论文的研究成果不包含他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文
3、中以明确的方式标明。本论文属于原创。本毕业论文的知识产权归属于培养单位。本人签名：日期：XXXX 大学毕业论文指导教师评阅书指导教师评语（基础理论及基本技能的掌握；独立解决实际问题的能力；研究内容的理论依据和技术方法；取得的主要成果及创新点；工作态度及工作量；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩：指导教师签字：年月日XXXX 大学毕业论文评阅教师评阅书评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩：评阅教师签字：年月日XXXX
4、大学毕业论文答辩及综合成绩答辩情况提出问题回答问题正确基本正确有一般性错误有原则性错误没有回答答辩委员会评语及建议成绩：答辩委员会主任签字：年月日学院领导小组综合评定成绩：学院领导小组负责人：年月日摘要随着电力电子器件的发展，电力系统中非线性负荷大量增加。因此，解决日趋严重的谐波污染与电能质量要求越来越高的问题成为当今科技工作者研究的主要问题。电力有源滤波器以其优越的补偿性能，已成为电力电子技术领域的研究热点之一。主电路参数及电流环跟踪控制策略是影响有源电力滤波器补偿性能的关键因素。本论文通过三相三线并联型有源电力滤波器的数学模型，讨论了主电路参数的设计方法及确定参数的大小，包括：功率开关器件
5、的选取、直流侧电容、直流侧电压、交流侧电感。电流环控制环节要求补偿电流无误差的跟踪指令电流信号，针对无差拍控制方法具有实时性和准确性的特点，论文采用无差拍控制与 SVPWM 相结合的控制方案。通过无差拍控制方法得出的电压信号经SVPWM调制产生控制主电路开关器件的通断的PWM脉冲，产生补偿电流。在 MATLAB/SIMULINK 的仿真平台下搭建无差拍与SVPWM 相结合的仿真模型，验证了主电路参数设计方法是合理的，分析了交流侧电感值、直流侧电压值对 APF 性能的影响。仿真结果表明采用无差拍与 SVPWM 相结合的控制方法能快速的跟踪补偿电力系统中的谐波电流，具有良好的动态性能和稳态性能。关
6、键词：主电路参数；无差拍；SVPWM；MATLAB/SIMULINKABSTRACTWith the development of power electronic devices,power systems asignificant increase in non-linear loads.Therefore,to solve the increasinglyserious harmonic pollution and the increasing demands of power qualityproblems become major issues in todays science a
7、nd technology researchworkers.Active power filter to compensate for its superior performance,hasbecome one of the hot technologies in the field of power electronics.The main circuit parameters and current loop tracking control strategy is akey factor affecting the performance of active power filter
8、compensation.In thisthesis，from three-phase three-wire shunt active power filter mathematicalmodel，discusses the design of the main circuit parameters and to determinethe size parameters，including：select power switching devices，the DCcapacitor，the DC voltage，AC side inductance.Current loop control l
9、inkrequires compensation current error-tracking command current signal fordeadbeat control method have Timeliness and accuracy characteristics，thepaper adopts deadbeat control scheme combines control and SVPWM.Bydeadbeat control method derived from the voltage signal SVPWM modulationproduced by cont
10、rolling the main circuit switching devices on and offProducethe PWM pulse generating compensation current.In the MATLAB/SIMULINKsimulation platform to build deadbeat SVPWM simulation model with acombination to validated circuit parameter design method is reasonable，theinfluence of theAC side inducta
11、nce value，the value of DC voltage performanceof theAPF.The simulation results show that the deadbeat control methodcombines with SVPWM fast track to compensate the power system harmoniccurrent，with good dynamic performance and steady-state performance.Keywords：Main circuit parameters；deadbeat；SVPWM；
12、MATLAB/SIMULINK目录1 绪论.11.1 谐波的危害.11.2 抑制谐波的方式.21.4 有源滤波技术的研究现状和发展趋势.41.5 谐波标准.91.6 本文主要研究的内容.102 有源电力滤波器结构及谐波电流检测方法.112.1 有源电力滤波器的结构及工作原理.112.2 谐波电流检测方法.133 并联型有源电力滤波器主电路参数设计方法.163.1 有源电力滤波器容量.163.2 主电路直流侧电压dcU的选取.163.3 功率器件的选择.183.4 主电路直流侧电容的计算.193.5 主电路交流侧电感参数计算.204 有源电力滤波器补偿电流跟踪控制方法.224.1 并联型有源电力
13、滤波器的数学模型.224.2 APF 控制系统基本原理.264.3 有源电力滤波器控制策略的实现.304.3.1 SVPWM 算法在 APF 中的应用.304.3.2 无差拍控制法.314.3.3 SVPWM 算法的实现.324.4 并联型有源电力滤波器直流侧电压控制.405 并联型有源电力滤波器仿真分析.425.1 谐波检测算法的验证.435.2 交流侧电感对补偿性能的影响.445.3 直流侧电压值对补偿性能的影响.475.4 鲁棒性分析.505.5 动态性能分析.516 结论.54参考文献.55翻译部分.59英文原文.59中文译文.77致谢.91编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山
14、有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第1页 共102页第 1 页 共 102 页1 绪论随着科学技术的发展和社会的进步，电能己经成为人们生产生活和现代社会生产中必不可少的能源。近几十年来随着电力电子装置在工业生产中的普遍应用，以及非线性负载的容量和数量的增加使得电力系统中的谐波污染越来越严重，然而用户及电力网中的设备对电能质量的要求越来越高。因此，解决日趋严重的谐波污染与电能质量要求越来越高的问题成为当今科技工作者研究的主要问题。有源电力滤波器因有主动的补偿能力且不受系统阻抗特性的影响，在现在的生产中收到普遍的应用。本章从课题研究的背景出发，探讨了谐波治理的研究意义和
15、主要的治理措施，阐述了有源滤波技术的发展概况和国内外研究现状，最后简单介绍了本论文的主要内容。1.1 谐波的危害电力系统谐波产生根源是非线性负载的使用，致使电流和电压波形发生畸变。非线性负载主要包括：冶金工业中的电弧炉、中频炉与轧钢机，电解铝中用的大功率变流装置，传动与控制领域中用的变频器与电力机车，高压直流输电系统的换流阀以及现实生活中的领域的电脑、电视机与电磁炉等。近几十年来，随着电力电子技术的发展，大功率开关器件的广泛应用，使得电网电压和电流波形产生了严重的畸变，不是正常的正弦波，电力电子装置给公用电网中注入了大量的高次谐波，严重影响了电气设备的正常运行，因为谐波的产生引起的各种故障和事
16、故不断发生。电力系统谐波的危害引起了人们的高度重视。目前谐波污染对电力系统和接入电力网中的电气设备产生的危害主要表现在以下几个1：(1)谐波的产生增大了负载电流，由于谐波频率高于基波，产生高频的趋肤效应会使导线的等效截面积减小，导致导线过热；(2)谐波会影响电网中用电设备的正常工作。例如，电动机的附加损耗，使其发热，缩短其使用寿命等；(3)谐波会影响通讯设施运行可靠性；(4)谐波会使电气计量出现误差或错误，使保护设备误动作；编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第2页 共102页第 2 页 共 102 页(5)非平衡谐波会使
17、UPS 大功率整流负载的中线电流过大而烧断。(6)谐波损坏无功补偿设备。随着谐波频率的增大，无功补偿电容的阻抗变小而电流增大，可导致电容因发热而损坏。随着对谐波的研究不断深入，电能质量不能仅用频率和电压两个指标来评价，谐波也是评价电能质量的又一重要指标。为了保障电力系统的正常运行并且保障用户用电设备的正常工作，有效地治理谐波，必将成为当代电力研究领域解决和重点研究对象。1.2 抑制谐波的方式目前所使用的谐波抑制有三种方式：主动治理，从谐波源本身考虑，使谐波源不产生谐波或产生少量的谐波，例如，用脉宽调制（PWM）技术、增加变流装置的脉动数、多重化技术等都能降低谐波；被动治理，就是加入外部滤波器，
18、使滤波器产生的电流与非线性负载产生的高次谐波相抵消，抑制谐波进入电网，或者抑制电力系统中的高次谐波流入负载端，降低谐波对设备的影响；受端治理，即从谐波影响的设备或者电力系统出发，增加它们抵抗谐波干扰的能力，例如，选择合适的供电方式，降低谐波对电网和用电设备的影响；改变接入电网中的电容器组的数量，降低电容器对谐波的放大影响；提高电网中的设备性能从而增加它们抵抗谐波干扰的能力。主动治理的目标主要是提高电力电子设备的功率因数，虽然能消除谐波，但是对大容量的电力系统来说并不能改善整个电网的性能。受端治理只是在负载端进行改进，增强设备抵抗谐波的干扰能力，并没从根本上消除谐波对电网的危害。因此，无源电力滤
19、波器和有源电力滤波器是治理谐波的有效手段，尤其是先进的有源滤波技术对谐波的治理将起到主导作用。APF 将成为综合治理电网污染的最有效手段，能有效的改善电能质量。被动治理谐波的方式有以下几种：(1)采用无源滤波器 PF。在电力网和需要补偿的非线性负载即谐波源之间并联按照一定的参数比例构造的含有电抗器和电阻器等无源器件具有滤编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第3页 共102页第 3 页 共 102 页波效果的的无源滤器。为谐波电流提供低阻抗通路，达到抑制谐波的目的，因为可以同时提供负载所需要的无功功率，因而同时实现了谐波抑制效
20、果和无功功率补偿效果。PF 的特点是：成本低、运行维护简单、还可补偿无功功率，但是也存在不足:只对特定次谐波进行滤波，对电网负载中不断变化的谐波次数其滤波效果不理想，不能实现动态补偿；受电网参数影响 PF 容易与系统发生串联或并联谐振。(2)采用有源滤波器 APF。有源电力滤波器的基本原理是通过对电网中的谐波电流与无功电流的检测得出指令信号电流，根据按照指令信号在直流侧主电路产生一个与其大小相等方向相反的补偿电流注入电网，消除了由非线性负载产生的谐波电流与无功电流，同时实现谐波抑制和无功功率补偿的目的。与 PF 相比，APF 的优点：滤波器的性能不受电网参数影响，不会与电力系统发生谐振现象；实
21、时跟踪补偿动态变化的谐波电流和无功功率；可实现连续调节，不会因补偿电流过大而出现过载；对负序电流和无功功率等进行有效的补偿；实现对控制电路的限流保护，系统安全性较高。有源电力滤波器通过电力有源逆变的方式将产生的谐波电流注入电力系统，消除或减少了非线性负载产生的谐波电流。APF 是既能实现谐波动态补偿又能实现无功功率补偿的电力电子装置。有源滤波装置能对幅值大小和频率都不断变化的谐波及变化的无功进行有效补偿，克服了无源滤波治理谐波和补偿无功的缺点。有源电力滤波器是解决谐波和无功功率最有效的方法，提高了整个电力系统的电能质量。它的使用既减少了非线性负载产生的谐波电流，补偿了无功功率，保护电网不受污染
22、，又改善电网的供电质量，使用户正常工作。随着电力电子技术的发展，谐波检测理论的不断完善，控制算法的不断优化，以及数字化技术的不断进步。有源滤波器的应用将会越来越广泛，电力系统的稳定具有深远的意义。1.3 有源滤波器的发展背景波形畸变一直都是研究者在电力领域研究的问题。上世纪 20 年代，德国研究者由引起的波形畸变的静止汞弧变流装置提出了电力系统谐波的概念。上世纪 50 年代，伴随着高压直流输电技术的发展，变流装置谐波问题编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第4页 共102页第 4 页 共 102 页得到进一步的研究，同时期诞
23、生了大量有关谐波问题的论文。我们国家在谐波的研究领域起步较晚。吴竞昌等在 1988 年出版的电力系统谐波对我国早期关于谐波问题研究起到了重要作用。1998 年，王兆安等出版的谐波抑制和无功功率补偿，以及 2005 年出版的 谐波抑制和无功功率补偿(第二版)是到目前为止国内在谐波分析和谐波抑制方面有很重要影响的著作，被研究专家者们广泛的参考和引用。经过最近二三十年对谐波问题的研究，研究者们和电力行业专家对谐波问题的研究做出了巨大的成果，缩短了与国外的差距。近年来，随着我国电力电子技术的迅速发展，实际工业场合中，非线性用电设备的种类、数量增加，导致了电网中的谐波含量增加，给电网和用户的正常运行带来
24、隐患。许多国家和国际组织为此制订了限制用户的用电设备产生谐波的标准。从而使生产电力电子装置的厂家不得不降低其产品产生的谐波。因此，消除或减少电力网中所产生的谐波，提高电力网的运行效率，改善电力网中的电能质量，维护电力系统中的电气设备的安全稳定运行是当代研究的主要目的。1.4 有源滤波技术的研究现状和发展趋势随着有源电力滤波技术的发展和进步，谐波的抑制也开始从无源滤波器向有源电力滤波器转变。上世纪七十年代，H.Sasaki 等首次相对全面的提出了有源电力滤波器的基本概念。然而受制于当时制造功率半导体器件的水平有限，制造出的全控型功率器件功率小且频率低，使得 APF 只局限于实验室的研究，无法得到
25、应用。80 年代以后，电力电子技术迅速发展，尤其表现在大功率半导体器件(GTR，GTO，IGBT 等)的问世，与此同时谐波电流检测方法理论和电流跟踪控制算法不断成熟，伴随着“瞬时无功理论的提出”，谐波和无功功率的瞬时检测的问题迎刃而解。有源电力滤波器的研制自此从实验室到工业进入实际应用阶段。国外在 APF 研究领域成果主要表现在：1976 年，美国的 L.Gyugyi 等人首先研制了由 PWM 控制变流器组成的 800KVA 有源滤波器，基本确定了主电路的拓扑结构。目前，国外有源电力滤波器发展趋势表现在:装置方面，编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤
26、为径，学海无涯苦作舟页码：第5页 共102页第 5 页 共 102 页向提高补偿容量、改善性能、降低损耗、减少研发成本；应用方面，研究优化有源滤波器的配置、电磁兼容及停电和瞬间保打；逐渐提高谐波补偿次数，逐步提高 APF 单机装置容量，逐步使其应用范围从单纯的补偿电气设备的谐波向提高电网电能质量的方向发展。国外生产 APF 的公司有 ABB、TOSHIBA、SIEMENS 等。研究有源电力滤波器主要在电力电子新器件的选用和控制策略上的进行改进。APF 的结构多样，可以按照不同的方式进行划分，常见的划分方式有：按变流器直流侧所采用的贮能元件不同，APF 可以分类为电压型及电流型两种。电压型有源滤
27、波器的变流器直流侧所采用的贮能元件为电容，它在正常工作时保持电压恒定，其优点是线路损耗较小、经济实用、效率高，可以用于对电网的谐波进行抑制。电流型有源滤波器的变流器直流侧所采用的贮能元件为电感，当电路中的电流通过电感时会产生不小的损耗，使 APF 效率降低，所以电流型有源滤波器不适用于大容量系统。随着电力电子技术的快速发展，采用电容作为变流器直流侧贮能元件的电压型 APF 更具现实意义。依照不同的接入电网方式，APF 可分类为串联型、并联型及统一电能质量调节器，如图 1-1 所示：编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第6页
28、共102页第 6 页 共 102 页图 1-1 有源滤波器系统结构分类1）串联型 APF串联型 APF 与负载串联。谐波电压检测模块检测出电网中存在的谐波电压成分，控制 APF 以输出与谐波电压大小相同、方向相反的补偿电压，从而补偿系统中存在的谐波电压。串联型 APF 的主要作用在于对谐波电压进行调节和补偿。但由于串联型 APF 所需的功率和产生的损耗都比较大，所以目前很少被单独使用。串联型 APF 又可以分为独立串联型和混合串联型两类，其拓扑结构如图 1-2 所示：(a)独立串联型 APF(b)混合串联型 APF图 1-2 串联型 APF 拓扑结构编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山
29、有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第7页 共102页第 7 页 共 102 页2）并联型 APF并联型 APF 与负载并联，主要对负载的谐波电流进行补偿。谐波电流检测模块检测出负载中存在的谐波电流，控制 APF 以输出与谐波电流大小相同、方向相反的补偿电流，以达到对谐波电流进行抑制的目的，并联型APF 也可以同时对负载的无功功率进行补偿。因此，并联型 APF 与串联型 APF 有所不同，它是一个有源的谐波电流发生器，一般对电流型的负载比较适用。并联型 APF 也可以分为独立并联型和混合并联型两类，其拓扑结构如图 1-3 所示：（a）独立并联型 APF（b）混合并联型
30、 APF图 1-3 并联型 APF 拓扑结构并联型有源电力滤波器作为一种新型的补偿谐波和无功的电力电子设备，己经过专家和学者几十年的讨论、研究和总结，APF 的关键技术在于它的三个重要组成部分3：谐波和无功电流的实时检测技术、补偿电流跟踪控制策略和直流侧电容电压控制技术。(1谐波和无功电流的实时检测技术谐波和无功电流实时检测是实现 APF 最关键第一步，APF 能否实时动态的补偿电力系统谐波和无功功率，与检测模块能否快速准确的检测谐波和无电流密切相关。近年有关检测技术发表了大量的论文4，主要有：基于傅里叶分析的时域变换法及基于傅里叶变换改进的方法、瞬时无功功率理论及基于瞬时无功功率理论改进的算
31、法、小波变换、同步检测法、自适应检测法、神经网络、重复控制等智能控制算法。现阶段，基于瞬时无功功率理论的检测方法，因其具有很好的精确性、快速性且能同时检测出谐波和基波无功电流，是目前研究最成熟的技术也是应用最为广泛的检测方法。编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第8页 共102页第 8 页 共 102 页(2)补偿电流跟踪控制策略通过良好的检测技术得到实时准确的补偿电流指令信号后，APF 能否产生与谐波和基波无功的幅值等大、相位反向的电流对系统补偿，以达到滤波效果，与补偿电流对期望电流的跟踪情况紧密相关。补偿电流跟踪技术的好
32、坏直接关系到 APF 滤波器性能的高低。目前应用较多的补偿电流跟踪控制策略主要有5：三角波比较方式、滞环比较器的瞬时值比较方式、周期采样控制、无差拍控制等。三角波比较方法实现简单，对主电路参数和结构的依耐性小但开关损耗大；滞环比较器的瞬时值比较控制法实现简便、响应迅速、鲁棒性佳及实时性好。(3)直流侧电容电压控制技术电压型并联有源电力滤波器的直流侧采用直流电容作为储能元件，由于功率器件、电容电感元件的损耗及负载电流变化影响系统对有功能量的需求变化，使电容过压或欠压，引起直流侧电容电压的突变，影响对谐波电流的补偿效果，严重时危及滤波器的稳定运行，因此确保直流侧电容电压的恒定是至关重要的环节。传统
33、控制直流侧电容电压的方法是为电容供电，提供一个单独的直流电源，通常采用二极管不控整流电路来实现，这种方法虽然能使电压稳定在某个适当值，但增加了一套电路，使系统变得更加复杂，成本和损耗也增加了。而现实情况中，我们只需要对主电路采用适当的控制算法，就能稳定直流侧电容电压，因此，为电容单独提供电源没有必要。通常的控制方法是 PI 调节控制法，即将直流侧电容电压与给定的参考电压进行比较得到的差通过比例积分(PI)调节后得到的调节量，再次叠加到指令信号中，以此实现对电容电压的稳压控制。为得到良好的补偿效果，需要选择适合的积分和比例系数，这两个系数的选择需在调试过程中根据工程经验逐步调整。APF 发展趋势
34、体现在以下几个方面：（1）谐波检测对象的实时性。以前基本停留在稳态谐波检测上，目前电力电了设备受非稳态谐波的影响己不容忽视。谐波检测结果向高精度、高可靠性方向发展。随着 DSP 的出现，因其运算处理能力优势而成为首选可编程器件。谐波检测逐步智能化和复杂化。瞬时无功功率、神经网络和小波编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第9页 共102页第 9 页 共 102 页变换检测法等新检测法将得到广泛应用。（2）提高有源电力滤波器的控制精度。采用 PWM 调制和多重化技术来提高开关器件的效率，降低开关损耗，实现对高次谐波的有效补偿。改
35、善有源滤波装置的补偿性能。谐波电流检测、电流跟踪控制和主电路脉冲信号的产生等是有源电力滤波器补偿性能的重要因素。因此，控制算法和谐波电流检测方法理论等方面的研究仍是未来研究的方向。增加补偿装置的容量。随着电力电子装置的广泛应用，大容量的谐波补偿装置的研制必将是未来研究趋势。(3)降低有源电力滤波器的制造成本。优化滤波电路的参数。目前，APF装置的成本较高，可以采用 APF 与 LC 无源滤波器相并联的装置，减小 APF的容量，从而降低滤波装置的成本并且提高补偿效率。1.5 谐波标准谐波对电网的不利影响严重削弱和干扰了电网的经济运行，使供用电设备的安全性降低，因此各国家和相关权威机构制定了谐波标
36、准，对用户注入电网的谐波进行限制。1）谐波电压国际电工委员会（IEC）制定了 IEC 61000 系列标准文件，其中 IEC61000-2-2公用低压供电系统中低频传导干扰和信号的兼容性标准中规定了中、低压电网电压各次谐波允许值。IEEE Std.519-1992 标准也对谐波电压进行了限定，其在谐波电压的限定上对奇次谐波的限制比 IEC 61000标准要严格，而后者更加注重于谐波的次数，次数越高要求越严格；参照国外谐波标准，国家技术监督局颁布了国家标准 GB/T14549-1993电能质量公用电网谐波6如表 1-1 所示。国家标准中，将奇次谐波和偶次谐波分开限定，偶次谐波的限定更严格，基本为
37、奇次限定值的 50%。对于低压供电系统，国家标准与 Std.519-1992 基本一致，要求电压总畸变率不超过 5%。表 1 GB/T14549-1993 公用电网电压（线电压）限值电网标称电压/KV电网总谐波畸变率奇次谐波电压含有率偶次谐波电压含有率0.385.0%4.0%2.0%编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第10页 共102页第 10 页 共 102 页64.0%3.2%1.6%104.0%3.2%1.6%353.0%2.1%1.2%663.0%2.1%1.2%1102.0%1.6%0.8%2）谐波电流电压的畸变
38、是由于谐波电流作用在系统阻抗或线路阻抗上引起的，因此各标准对谐波电流的限定更加详细。IEC 61000-3-2 与 IEC 61000-3-4 分别对额定电流小于 16A 和额定电流大于 16A 的低压设备做了谐波限定，并根据设备类型或短路比级别进行进一步的细分。IEEE Std.519-1992 标准在标称电压 120V 0，即ubc0则 A=1，则 A=0；（2）若V-3V0即uab0 则 B=1，否则 B=0；（3）若V-3V0 即uca0则 C=1，否则 C=0。可见，坐标变换法的实质是通过确定变流器输出的三相线电压的极性来判断参考电压矢量所在的扇区。先计算出 N 值再由 N 值确定参
39、考矢量所在的扇区。N 值与扇区对应关系如表 4-2。表 4-2 N 值与扇区的对应表N123456扇区用上述方法判断参考电压矢量Vref所在的扇区极其简单，只要在具体配作用矢量时注意将计算出的 S 值与实际扇区号 N 对应即可。（2）相邻两个基本矢量作用时间的计算1常规 SVPWM 模式下，计算两个基本矢量作用时间在按照上述的方法确定了参考电压矢量Vref所在的扇区之后，就需要求出参考电压矢量Vref所在扇区的相邻两电压矢量和相应零矢量的作用时间。在传统 SVPWM 算法中用到了空间角度及三角函数，数字实现时需要预先计算并存储大量数据。实际上，只要充分利用V和V，就可以使计算大为简化。无论Vr
40、ef运动到哪一个扇区，在一个开关周期Ts内，它都可以由该扇区两边的基本电压矢量与零矢量合成。其矢量合成方程如下：refVTs=VxTx+yV Ty+V0T0（4-24）其中：Ts=Tx+Ty+T0编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第35页 共102页第 35 页 共 102 页式中：Tx、Ty为每个扇区所对应的电压矢量作用时间。本文下面将以第一扇区为例，详细介绍电压矢量作用时间的求解过程。如图 4-6 中，Vref在 I 扇区，将第一扇区单独画出如下图 4-7：TTs1TTs2V1V21001V1102VVrefo图 4-
41、7 参考电压的合成与分解则Vref可以表示为：VTTVTTVssref2211（4-25）TTTTs021（4-26）式中，Ts为 PWM 开关周期，T1和T2分别为V1和V2在一个 PWM 开关周期的作用时间，T0为零矢量的作用时间。令Vref与V1间的夹角为，则根据正弦定理可得：sin32sin)3sin(OCOBOA(4-27)即：sin)3sin(32sin2211VTVTVTrefs（4-28）因为 6 个基本空间电压矢量幅值相等：uVVdc3221（4-29）将式(4-29)代入式（4-28），得第 1 扇区各矢量的作用时间为：编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径
42、，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第36页 共102页第 36 页 共 102 页sin3)3sin(321uTVTTVTdcsrefdcsrefu（4-30）又知在-坐标系中：sincosVVVVrefref（4-31）将式（4-31）代入式（4-30）中得：VuTTVVuTTdcsdcs3)2123(321（4-32）TTTTs210（4-33）同理可计算出Vref在其他扇区时所用基本矢量与零矢量的作用时间，其表达式为：TTTTVVkkkkuTTTkksdcskk1013)1(cos3)1(sin3cos3sin3（4-34）式中，Tk和Tk 1分别为基本矢量Vk和Vk
43、1在一个开关周期的作用时间。为了便于软件设计定义了 X，Y，Z，从而得出各扇区基本矢量的作用时间如表 4-3 所示。编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第37页 共102页第 37 页 共 102 页VTVVZVTVVYVVTXdcsdcsdcs)2323()2323(3(4-35)表 4-3 各扇区基本矢量的作用时间扇区号Tx-ZZX-X-YYTyXY-YZ-Z-X2过调制暂态的处理以上讨论的是常规 SVPWM 模式，此时电压矢量端点轨迹位于正六边形的内切圆内，属于线性调制的范围。但是如果电压矢量的端点轨迹位于正六边形的内
44、切圆外，此时 SVPWM 出现过调制暂态，如不采取措施，输出电压将会出现严重失真，影响电机的输出转矩。理论上可以对端点超出正六边形的部分进行压缩，保持其相位不变，将其端点拉回至正六边形的内切圆内。但是在实际运用中需对电压矢量的端点轨迹是否超出正六边形内切圆进行判断，再进行Tx、Ty、T0的计算，具体工程实现比较麻烦。因此在此提出一工程实现方法：首先按照常规的方法计算出Tx、Ty后，接着判断TTTSyx是否成立，如成立，则Tx、Ty保持不变；如不成立，则设将电压矢量端点轨迹端点拉回至正六边形内切圆内时两非零矢量作用时间分别为Tx,、Ty,，具体如下文：在实际系统中当系统发生突变时，即电流发生较大
45、突变时，数字电流环提供的参考电压矢量很可能会超过逆变器输出的最大电压，为了保证合适的空间矢量调制方案，必须对其进行饱和判断。如果Tx十TyTs，以第一扇区为例，有如下比例关系：TTTT2,21,1(4-36)则可求得：编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第38页 共102页第 38 页 共 102 页TTTTTTTTTTss212,2211,1（4-37）然后可由此作为相邻两电压空间矢量和零矢量的持续时间。若TTTSyx，则无需修正TTTTTTTTs2102211（4-38）（3）矢量作用时间的切换点确定与 PWM 脉冲的生
46、成选择具体的调制方案进行矢量调制，在实际系统中应尽量减少开关状态变化时引起的开关损耗，因此不同开关状态的顺序必须遵守下述原则：每次切换开关状态时只切换一个功率开关器件，以满足最小开关损耗。按照这个原则，仍以第一扇区为例其调制顺序为：000-100-110-111-110-100-000，称为对称七段式 PWM 生成方式，即每个开关周期都以零矢量（000）开始和结束，中间是（111），并且根据开关损耗最小的原则使每次开关切换时只有一个开关器件动作。对于第 I 扇区，一个周期内生成的三相调制波形如图 4-7 所示，其基本矢量切换点Ta、Tb、Tc的计算公式如下：224)(2121TTTTTTTTT
47、Tbcabsa（4-39）编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第39页 共102页第 39 页 共 102 页图 4-8 扇区内的 SVPWM 调制波形示意图图 4-9 第一扇区的三相调制波形图中包括三角载波和三相输出电压波形及该扇区的电压空间矢量序列，设Tcm1、Tcm2、Tcm3分别为、与三角波进行比较以产生 PWM 波形的三个比较值，先假定三角载波幅值和周期相等，要保证各矢量持续的时间，应如下计算比较值：224)(24)(4)(321TTTTTTTTTTTTTTTyxyxscmxyxscmyxscm（4-40）其中，T
48、x、Ty为两个非零矢量的作用时间，Tx、Ty在不同扇区中对应不同矢量的作用时间，具体对应哪个矢量可由各扇区矢量顺序确定。无论在哪一个扇区，Tx都对应最先作用的非零矢量时间(如扇区 I 中Tx等于T1)，Ty则为另一个非零矢量的作用时间(如扇区 I 中Ty等于T2)。在一个载波周期中，三个比较值具体分配给哪一相可由各扇区 PWM 波形确定，Tcm1应分配给输出占空比最大的相，Tcm3分配给占空比最小的相。根据上述分析以及连续开关调制模式下各扇区的 PWM 波形可得出以下结论：定义：编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第40页
49、共102页第 40 页 共 102 页()422sxyaxbaycbTTTTTTTTTT（4-41）则在不同的扇区内 A,B,C 三相对应的开关时间可用Tcm1、Tcm2、Tcm3，根据表 4-4 进行赋值。表 4-4 切换点Tcm1、Tcm2、Tcm3的赋值表扇区号Tcm1TaTbTcTcTbTaTcm2TbTaTaTbTcTcTcm3TcTcTbTaTaTb其他扇区的开关切换顺序和切换点，如表 4-5 所示表 4-5 各扇区的开关切换顺序和切换点扇区开关切换顺序切换点V0-V1-V2-V7-V2-V1-V0TaTbTcV0-V3-V2-V7-V2-V3-V0TbTaTcV0-V3-V4-V
50、7-V4-V3-V0TcTaTbV0-V5-V4-V7-V4-V5-V0TcTbTaV0-V5-V6-V7-V6-V5-V0TbTcTaV0-V1-V6-V7-V6-V1-V0TaTcTb通过各开关的切换，可以得到所希望的 PWM 波形。4.4 并联有源电力滤波器直流侧电压控制在系统工作时，并联型有源滤波器由于电子开关器件和电阻的有功损耗、系统电压和负序电流在直流侧产生的能量波动，而且谐波电流和谐波电压之间相互作用也就会与直流侧电容产生能量交换，这些因素会引起直流侧电容电压的波动。PWM 变流器输出补偿电流的精度受直流侧电压的影响，造成编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学