基于空間矢量脈寬調(diào)制的有源濾波補償策略研究

廖代發(fā)

(廣東電網(wǎng)有限責任公司 江門供電局，廣東 江門 529000)

有源電力濾波器(Active Power Fitter，APF)對補償電流的控制方法主要有兩種:電流跟蹤控制與電壓跟蹤控制.電流跟蹤控制主要有周期采樣控制、滯環(huán)比較控制、三角載波控制這3種方法.[1]用于有源電力濾波器的電壓控制方法很多，如空間矢量脈寬調(diào)制(Space Vector Pulse Width Modulation，SVPWM)控制、預(yù)估電流 PWM(脈沖寬度調(diào)制)控制、無差拍PWM控制、自適應(yīng)PWM控制、磁通軌道PWM控制、模糊邏輯PWM控制及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PWM控制等.SVPWM控制策略早期由日本學者在20世紀80年代初針對交流電動機變頻驅(qū)動提出.[2-3]本文闡述了基于 SVPWM的有源濾波補償策略的控制原理和建模方法，并通過仿真進行了驗證.

1 控制系統(tǒng)模型

文獻[2]至文獻[13]對SVPWM 的原理做了詳細的闡述，并聯(lián)混合有源電力濾波器SVPWM補償電流跟蹤控制模型如圖1所示.該模型包含兩個電流內(nèi)環(huán)控制，一個電壓外環(huán)控制.直流側(cè)電壓波動的原因在于補償電流在交流電源與有源電力濾波器之間的能量波動，因此電壓外環(huán)的輸出控制信號可以直接疊加在諧波電流信號上.兩個電流信號之和組成APF的指令信號.其中ea，eb，ec為等效電勢，Rs，Ls為有源逆變器的等效連接阻抗，指令電流為基于瞬時無功的Ip-Iq檢測出來的諧波電流，減去注入支路中濾除的部分諧波ifrh，要對有源逆變器輸出的基波電流進行控制，所以還要減去基波電流if，指令電流的計算值都是基于電網(wǎng)側(cè)的檢測值.

圖1 并聯(lián)混合有源電力濾波器的SVPWM控制模型

2 有源電力濾波器等效電路

并聯(lián)混合有源電力濾波器的等效開關(guān)電路如圖 2 所示.[14-17]

圖2 并聯(lián)混合有源電力濾波器的簡化等效開關(guān)電路

根據(jù)基爾霍夫電流定律(KCL)，則有:

可得d-q坐標系的前饋解耦控制模型為:

根據(jù)文獻[2]和文獻[18]可知，對于二階系統(tǒng)的特征，當系統(tǒng)阻尼比 ξ=0.707時，系統(tǒng)的超調(diào)量和調(diào)節(jié)時間比較合適，可得相應(yīng)的環(huán)路增益，并結(jié)合并聯(lián)混合有源電力濾波器的等效開關(guān)電路模型，可得電流內(nèi)環(huán)PI控制器參數(shù).

id，iq——有源電力濾波器實際輸出補償電流ia，ib，ic在d-q坐標系中的變量;

ed，eq——等效電勢ea，eb，ec在d-q坐標系中的變量;

3 電流電壓PI參數(shù)設(shè)計

3.1 電流內(nèi)環(huán)PI參數(shù)設(shè)計

Tp=0.5RsCdc，

U——輸入相電壓的有效值.

該書的作者顯然不是“科技工作者”，而是“人文學者”；寫作的目的也不是“提高創(chuàng)新能力”.(詳見作者“中文版”序)，而是介紹科學發(fā)展的歷史，使人了解科學發(fā)展的歷史.但卻為我們展示了這樣一條途徑——以“科學發(fā)展史”實現(xiàn)“科普”.因此，研究如何基于提高“創(chuàng)新能力”的目標來展示“科學”之精神、思想和方法，科學發(fā)現(xiàn)與技術(shù)發(fā)明的過程等，才是“科普”研究者與實施者的工作.

圖3 q軸電流等效系統(tǒng)

圖3 中，Ts為電流環(huán)采樣周期(也是PWM開關(guān)周期)，KPWM為等效橋路增益，將 PI調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)寫成零極點形式，則有:

當τi=Ls/Rs時，可得電流內(nèi)環(huán)的開環(huán)傳遞函數(shù)為:

筆者在高一第一學期首先對學生進行各種摸底考查，目的是了解學生對初中英語的掌握程度，看是否有該會未會、該記未記的東西，以便有的放矢地進行“填平補齊”的教學工作。在考查中發(fā)現(xiàn)有些學生對音素和讀音規(guī)則掌握得不好，語音、語調(diào)有待改進，詞匯也遺忘了許多，語法仍比較模糊。

3.2 電壓外環(huán)PI參數(shù)設(shè)計

由文獻[19]得知，整流器輸入電流與輸出直流電壓之間的傳遞函數(shù)為:

這個筆記本的前20頁內(nèi)容為儒學史，但沒有上課日期等。其后記錄日期和第幾講，當初的內(nèi)容以孔子為中心，其后對象改變。

由式(2)可得q軸電流閉環(huán)等效系統(tǒng)，如圖3所示.

Tz=1/Ri，

Ri

77.66 %（73/94）的學員希望醫(yī)學雙語教材作為學習資料，其次為期刊雜志（38.30%）和國外原版教材（35.11%）。

式中:Ri——整流器輸入阻抗;

SPF級健康成年SD大鼠20只，雌雄各半，體質(zhì)量220～280 g。隨機分為模型組和注射用雷貝拉唑鈉1 mg/kg組，每組5雄5雌。動物禁食不禁水約24h后，在異氟烷輕度麻醉狀態(tài)下，仰臥位固定于固定板上，腹部手術(shù)區(qū)常規(guī)消毒。于腹部劍突下正中作切口，暴露胃及幽門，用細線縫扎幽門，同時于食管‐胃交界處縱行切開賁門肌約1 cm，分離至黏膜層完全暴露于視野中，以加強胃反流［7］。將胃輕輕送回大鼠體內(nèi)，間斷縫合腹壁肌肉和皮膚。

Im——輸入相電流的幅值;

盛夏，閣樓里悶熱得像個蒸籠，一頭一身的汗，溫簡就輾轉(zhuǎn)著醒了過來。她看到顧青還在電腦前工作，他怕影響她沒有開燈，透過屏幕上的光，她看到他的襯衣已經(jīng)被汗?jié)窳苏吃谏砩?，背影佝僂。

在設(shè)計時，考慮輸入電流無誤差跟蹤指令電流，電流調(diào)節(jié)降解處理，用一階慣性環(huán)節(jié)來代替，得到電壓控制等效電路如圖4所示.

圖4 電壓控制等效電路

C(s)=1/(1+Tds)為q軸電流調(diào)節(jié)環(huán)簡化系統(tǒng)，Td=Ls/Kpd，于是得電壓調(diào)節(jié)閉環(huán)傳遞函數(shù)為:

其中，K'=KuIK.則:

由文獻[2]和文獻[18]可知，對于二階系統(tǒng)的特征，當系統(tǒng)阻尼比 ξ=0.707時，系統(tǒng)的超調(diào)量和調(diào)節(jié)時間比較合適，可得相應(yīng)的環(huán)路增益，并結(jié)合并聯(lián)混合有源電力濾波器的等效開關(guān)電路模型，可得電壓外環(huán)PI控制器參數(shù).

4 仿真及分析

采用PSIM軟件建立并聯(lián)混合有源電力濾波器的SVPWM補償電流控制模型.非線性諧波源的電流參數(shù)如下:I5=57.16 A，I7=38.08 A，I11=16.45 A，I13=14.02 A，I17=12.5 A，I19=9.65 A，I23=10.23 A，I25=7.12 A，考慮其他次諧波，因此串聯(lián)電抗.無源濾波器的參數(shù)如下:C5=20.95 μF，L5=19.37 mH，R5=0.56 Ω，C7=17.35 μF，L7=11.93 mH，R7=0.48 Ω，C11=13.68 μF，L11=6.13 mH，R11=0.25 Ω，C13=12.55 μF，L13=4.78 mH，R13=0.36 Ω.

4.1 建模

4.1.1 數(shù)字鎖相環(huán)模型

(3) 鋼管塔地線掛點位移隨地震烈度增大而增大,且從Ⅰ類場地到Ⅳ類場依次增大.鋼管塔內(nèi)最大應(yīng)力隨地震烈度增大而增大,且從Ⅰ類場地到Ⅳ類場依次增大.Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ類場地輸電塔內(nèi)應(yīng)力最大的單元為塔頭處斜材,Ⅳ類場地輸電塔內(nèi)應(yīng)力最大的單元為中橫擔上第2節(jié)間主材.

諧波電流的檢測對補償?shù)木_性和實時性具有很重要的影響，電源相位角的鎖定直接影響諧波檢測的效果和精度.根據(jù)文獻[20]建立了一種基于自采樣比例積分控制全數(shù)字鎖相環(huán)，如圖5所示.

試驗動物ICR小鼠(雄性，體重18～22 g)和豚鼠、綿羊血紅細胞(SRBC)和S180腫瘤細胞均購于醫(yī)學部實驗動物中心；雞血紅細胞購于中國農(nóng)業(yè)大學動物醫(yī)學院；醫(yī)藥級香菇多糖購于山西泰盛制藥有限公司；胎牛血清購于杭州四季青公司；其他常用化學試劑購于北京化學試劑公司(分析純)。

4.1.2 APF指令信號控制電路模型

根據(jù)文獻[21]基于瞬時無功功率理論的Ip-Iq諧波和基波無功電流檢測方法，負載諧波檢測時，建立APF指令信號控制電路模型如圖6所示.電路中還包括C3/2和C2/3變換，其中:

4.1.3 電壓型PWM 整流器前饋解耦控制模型

根據(jù)式(2)和圖1建立電壓型PWM整流器的前饋解耦控制模型，如圖7所示.

抑菌實驗：以濾紙片抑菌法為參考，對其加以改進，方法如下：制備直徑為6 mm，厚度為2 mm的余甘果果肉圓片，用無菌水沖洗，去除多余水分。將余甘果片放在制備好的細菌平板上，并以直徑為6 mm的無菌濾紙片作為對照。

4.1.4 SVPWM 波的產(chǎn)生模型

雖然當前我國非常重視農(nóng)村財務(wù)管理工作，并且制定了諸多的規(guī)定和要求，確保財務(wù)管理工作能夠順利進行。但是實際上，由于農(nóng)村經(jīng)濟、歷史等各方面因素的影響，導致農(nóng)村財務(wù)管理人員素質(zhì)較低，并且沒有建立專門的對財務(wù)管理人員進行專業(yè)培訓的制度機構(gòu)，對于農(nóng)村財務(wù)管理人員技能水平的提升也缺乏足夠的重視，從而導致農(nóng)村財務(wù)管理人員不能有效地管理農(nóng)村財務(wù)［1］。

先確定各個開關(guān)導通時間的分配，從而建立SVPWM波產(chǎn)生的模型，見圖8.

圖5 數(shù)字鎖相環(huán)模型

圖6 APF指令信號控制電路模型

圖7 電壓型PWM整流器前饋解耦控制模型

圖8 SVPWM波的產(chǎn)生模型

4.2 仿真結(jié)果

濾波前后的諧波電流見表1，電流波形和頻譜分析見圖 9.通過仿真軟件發(fā)現(xiàn)，5，7，11，13，17次諧波都已經(jīng)符合國家標準，只有23次和25次諧波電流比國家標準略大.這是因為開關(guān)毛刺和計算仿真誤差等原因，引起某些次數(shù)的諧波治理指標比國家標準略大，但是在可接受范圍內(nèi)，通過對輸出濾波器或?qū)嶒灧椒ㄗ鱿鄳?yīng)的修正即可消除誤差.

表1 混合有源濾波器投入時各諧波大小

圖9 混合有源濾波器投入時負載電流與電源電流波形及其補償效果示意

5 結(jié)語

通過闡述基于SVPWM的有源濾波補償策略的控制原理和建模方法，以及進行仿真分析后表明:由于開關(guān)毛刺和仿真誤差等的原因，雖然某些次數(shù)的諧波電流比國家標準略大，但仍在可接受的范圍內(nèi)，只要對輸出濾波器和實驗方法作相應(yīng)的修改或調(diào)整，即可消除諧波電流比國家標準略大的誤差.因此，仿真結(jié)果驗證了該方法的可行性和有效性.

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