一种APF电压空间矢量滞环控制方法技术

本发明专利技术公开了一种APF电压空间矢量滞环控制方法；S1、进行APF建立以及电网并入；S2、进行滞环电流跟踪控制；S3、进行电压空间矢量滞环控制，其中包括有控制规则与矢量选择、ΔI和U

【技术实现步骤摘要】
一种APF电压空间矢量滞环控制方法


[0001]本专利技术属于有源电力滤波器
，具体涉及一种APF电压空间矢量滞环控制方法。

技术介绍

[0002]滞环跟踪控制因其响应速度快、易于软硬件实现、具有较强的稳定性和实时性等优点而被广泛应用在APF的电流控制策略中。在三相三线制APF系统中，传统的滞环电流跟踪控制针对各相桥臂进行独立控制，虽然响应速度快，但是没有考虑三相桥臂之间的相互影响，使控制过程中可能产生多余的开关动作，导致器件的开关频率过高，开关损耗过大。电压空间矢量控制方法是利用逆变器的开关动作和电压空间矢量存在的对应关系来控制逆变器输出电流的幅值和相位。这种控制方法具有较小的开关次数，可以有效降低开关频率。因此，将三相系统作为一个整体加以考虑，可以消除相间耦合，且直流侧电压利用率高。但是该方法存在动态响应慢、精度低的缺点。
[0003]基于此，提出了一种电压空间矢量滞环控制的方法。将APF输出的相电流误差作为控制对象，通过滞环比较器的状态比较，判断出误差电流所在的区域，同时对参考电压矢量的区域进行判定，最后由控制规则选择最佳的输出电压矢量，实现对指令电流的跟踪控制。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种APF电压空间矢量滞环控制方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种APF电压空间矢量滞环控制方法，包括有以下方法步骤：
[0006]S1、进行APF建立以及电网并入，利用补偿电流抵消由负载产生的谐波电流，并使电网电流只含有负载电流中的正弦基波分量，消除电网中谐波电流的干扰；
[0007]S2、进行滞环电流跟踪控制，在滞环电流跟踪控制中，利用环宽的取值控制APF电流跟踪控制性能的好坏；
[0008]S3、进行电压空间矢量滞环控制，其中包括有控制规则与矢量选择、ΔI和U
*
区域判断和双滞环控制；
[0009]S4、仿真验证，利用Matlab/Simulink对三相有源电力滤波器进行了仿真分析。
[0010]优选的，所述S1中的电网电流为i
sk
(k＝a、b、c)，负载电流i
Lk
(k＝a、b、c)，补偿电流为i
ck
(k＝a、b、c)，指令电流运算电路通过计算得到指令信号作为电流跟踪控制器的输入，从而产生实际补偿电流i
c
，最后由驱动电路产生相应的脉宽调制信号去控制逆变器的导通与关断。
[0011]优选的，所述负载电流进行分解:i
Lf
为基波电流，i
Lh
为谐波电流，
[0012]i
L
＝i
Lf
+i
Lh
(1)，
[0013]假设补偿电流i
c
完全跟踪指令电流并且i
c
与i
Lh
满足大小相等，相位相反，即有：
[0014]i
c
＝－i
Lh
(2)，
[0015]根据基尔霍夫电流定律，有：
[0016]i
S
＝i
L
+i
c
(3)，
[0017]联立公式(1)、公式(2)和公式(3)，有:
[0018]i
S
＝i
Lf
(4)。
[0019]优选的，所述S2中的滞环电流跟踪控制的目的是让误差电流Δi
c
始终处于滞环宽度以内，再经过滞环比较器后产生相应的PWM信号，从而控制逆变器的导通与关断；
[0020]具体动作为:当且时，开关管导通，使得i
c
增大，当i
c
增大到i
c
＞i
c
，并且时，开关管关断，使得i
c
减小，直到下一次且重新开始新一个控制周期。
[0021]优选的，所述S3中的电压空间矢量滞环控制中U
a
、U
b
、U
c
和i
ca
、i
cb
、i
cc
分别为逆变器的输出电压和电流，U
d
为直流侧电压，理想开关S
a
、S
a
、S
c
用来代替逆变器的6个绝缘栅双极晶体管，并且S
k
(k＝a、b、c)只有0和1这两种开关状态，
[0022]其开关函数为:
[0023]S
k
＝1，上桥臂导通、下桥臂关断
[0024]S
k
＝0，下桥臂导通、上桥臂关断，k＝a、b、c
[0025]由基尔霍夫电压定律可知：
[0026][0027]其中，
[0028]三相电网相电压和APF三相输出相电流满足如下关系:
[0029][0030]联立公式(5)、公式(6)和公式(7)，有：
[0031][0032]由式(8)可知，APF各相桥臂的输出电压受其余两相桥臂开关状态的影响，即各相桥臂的输出电压之间存在相间干扰现象，为消除干扰，引入电压空间矢量，即将三相静止坐标系的电压分量通过坐标变换为两相坐标系α
‑
β下的分量，坐标变换关系为：
[0033][0034]8个开关模式对应的APF输出端电压矢量为，
[0035][0036]忽略电阻影响，将公式(5)用电压空间矢量表示：
[0037][0038]设逆变器的参考电流矢量为其对应的参考电压矢量为U
*
，则有:
[0039][0040]联立公式(11)和公式(12)，有：
[0041][0042]定义参考电流矢量与逆变器实际输出电流之间的差值即有:
[0043][0044]由公式(14)可知，误差电流矢量ΔI的变化率dΔI/dt取决于逆变器的输出电压矢量U
k
，若使得dΔI/dt与矢量ΔI保持相位相反，即可将ΔI限定在预期的范围之内，电压空间矢量滞环控制实现的原理就是在U
*
和ΔI确定的情况下，得到相应开关矢量S
a
、S
a
、S
c
的值。
[0045]优选的，所述S3中的控制规则与矢量选择：
[0046]当ΔI＞i
W
时，选择的电压空间矢量U
k
应使得dΔI/dt与误差矢量ΔI相位相反，且模值为最小，这样可以确保i
c
跟踪到指令电流还可以降低电流变化率，抑制谐波干扰；
[0047]当ΔI≤i
W
时，保持原有的电压空间矢量U
k
不变，这样可以限制逆变器的动作频率，提高系统稳定性。
[0048]优选的，所述S3中的ΔI和U
*
区域判断，通过i...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种APF电压空间矢量滞环控制方法，其特征在于，包括有以下方法步骤：S1、进行APF建立以及电网并入，利用补偿电流抵消由负载产生的谐波电流，并使电网电流只含有负载电流中的正弦基波分量，消除电网中谐波电流的干扰；S2、进行滞环电流跟踪控制，在滞环电流跟踪控制中，利用环宽的取值控制APF电流跟踪控制性能的好坏；S3、进行电压空间矢量滞环控制，其中包括有控制规则与矢量选择、ΔI和U
*
区域判断和双滞环控制；S4、仿真验证，利用Matlab/Simulink对三相有源电力滤波器进行了仿真分析。2.根据权利要求1所述的一种APF电压空间矢量滞环控制方法，其特征在于：所述S1中的电网电流为i
sk
(k＝a、b、c)，负载电流i
Lk
(k＝a、b、c)，补偿电流为i
ck
(k＝a、b、c)，指令电流运算电路通过计算得到指令信号作为电流跟踪控制器的输入，从而产生实际补偿电流i
c
，最后由驱动电路产生相应的脉宽调制信号去控制逆变器的导通与关断。3.根据权利要求2所述的一种APF电压空间矢量滞环控制方法，其特征在于：所述负载电流进行分解:i
Lf
为基波电流，i
Lh
为谐波电流，i
L
＝i
Lf
+i
Lh
ꢀꢀꢀꢀ
(1)，假设补偿电流i
c
完全跟踪指令电流并且i
c
与i
Lh
满足大小相等，相位相反，即有：i
c
＝－i
Lh
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)，根据基尔霍夫电流定律，有：i
S
＝i
L
+i
c
ꢀꢀꢀꢀ
(3)，联立公式(1)、公式(2)和公式(3)，有:i
S
＝i
Lf
ꢀꢀꢀꢀ
(4)。4.根据权利要求1所述的一种APF电压空间矢量滞环控制方法，其特征在于：所述S2中的滞环电流跟踪控制的目的是让误差电流Δi
c
始终处于滞环宽度以内，再经过滞环比较器后产生相应的PWM信号，从而控制逆变器的导通与关断；具体动作为:当且时，开关管导通，使得i
c
增大，当i
c
增大到i
c
＞i
c
，并且时，开关管关断，使得i
c
减小，直到下一次且重新开始新一个控制周期。5.根据权利要求1所述的一种APF电压空间矢量滞环控制方法，其特征在于：所述S3中的电压空间矢量滞环控制中U
a
、U
b
、U
c
和i
ca
、i
cb
、i
cc
分别为逆变器的输出电压和电流，U
d
为直流侧电压，理想开关S
a
、S
a
、S
c
用来代替逆变器的6个绝缘栅双极晶体管，并且S
k
(k＝a、b、c)只有0和1这两种开关状态，其开关函数为:S
k
＝1，上桥臂导通、下桥臂关断S
k
＝0，下桥臂导通、上桥臂关断，k＝a、b、c由基尔霍夫电压定律可知：
其中，三相电网相电压和APF三相输出相电流满足如下关系:联立公式(5)、公式(6)和公式(7)，有：由式(8)可知，APF各相桥臂的输出电压受其余两相桥臂开关状...

【专利技术属性】
技术研发人员：李稳良，
申请(专利权)人：费莱浙江科技有限公司，
类型：发明
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