摘要：采用無差拍電壓空間矢量控制法來分析有源濾波器的濾波性能，給出該方法的控制策略，包括空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）算法以及無差拍原理。該方法可以用來抑制和消除采樣與計算方法的延時對控制的影響。Matlab仿真結(jié)果表明：SVPWM調(diào)制與無差拍控制結(jié)合用于有源濾波控制可以明顯改進補償?shù)膭討B(tài)性能，提高濾波效果。實驗結(jié)果證明該方法可行，且具有較好的實時性。

　　0 引言

　　有源電力濾波器（Active Power Filter,APF）作為一種用于動態(tài)抑制諧波的電力電子裝置，其能夠同時補償多次諧波電流，能實時控制、自動跟蹤非線性電流并加以控制，有較快的動態(tài)響應(yīng)速度，且具有改善三相不平衡度的優(yōu)點。對于有源濾波器諧波電流檢測與補償電流的發(fā)生是其極為關(guān)鍵的技術(shù)。

　　有源電力濾波器的電流控制一般采用PWM（PulseWidth Modulation）模式，目前常用的PWM 控制方式有滯環(huán)電流控制（Current Follow Pulse Width Modulation,CFPWM）、三角波電流控制（ΔPulse Width Modulation,ΔPWM）和電壓空間矢量脈寬調(diào)制（Space Vector PulseWidth Modulation,SVPWM）三種技術(shù)。對于SVPWM 其控制方法的優(yōu)點主要在于：提高逆變器直流側(cè)電壓的利用率，減小開關(guān)器件的開關(guān)頻率以及減少諧波成分，而且此方法更易實現(xiàn)數(shù)字化。因此，逆變電路控制常采用此種方法。在APF的應(yīng)用中，SVPWM常與滯環(huán)比較，PI調(diào)節(jié)器以及無差拍等結(jié)合應(yīng)用。本文采用無差拍SVP-WM 控制策略，對APF 的電流進行補償控制，以獲得較好的動態(tài)補償效果。

　　1 電力有源濾波器諧波檢測方法

　　有源濾波器的諧波電流檢測方法由時域和頻域檢測法構(gòu)成。時域檢測法主要分為：有功電流分離法和基于瞬時無功功率原理的p-q 法，ip-iq法以及d-q 法等。頻域檢測法主要有FFT法和諧波濾波器法等。

　　對于本文研究主要是采用ip-iq法來對電力有源濾波器進行分析研究，由圖1可看出其原理。圖中虛線框內(nèi)為直流側(cè)電壓反饋控制部分，正余弦信號sin ωt 和-cos ωt 由鎖相環(huán)PLL發(fā)生電路產(chǎn)生。其中sin ωt 與a相輸入電壓ua同相；逆變電路直流側(cè)電壓的給定值為Ucr,Ucf 是反饋值，將這兩路信號之差經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器進行調(diào)節(jié)，所得到的Δip疊加到瞬時有功電流的直流分量中，經(jīng)過運算得出指令電流ih 中所含基波有功電流，從而令APF直流側(cè)與交流側(cè)進行能量互換，從而將Uc調(diào)整到給定值。對于電力有源濾波器而言，濾波器逆變器直流側(cè)信號與交流側(cè)信號的能量交換是本文研究的關(guān)鍵。

　　2 無差拍控制簡介

　　SVPWM 控制是用指令電流ic*（k） 代替補償電流ic*（k+1）使k 時刻的補償電流在k+1時刻完全跟蹤上指令電流，但這樣會存在一拍的滯后。而基于SVPWM的無差拍控制則在k 時刻預測出k+1時刻的指令電流值，并以此代替補償電流，通過SVPWM控制算法產(chǎn)生PWM 脈沖信號以控制變流器開關(guān)器件的通斷，從而使每一時刻輸出的補償電流等于其指令電流，實現(xiàn)了實時控制。無差拍SVPWM的控制原理如圖2所示。

　　式中：ts為采樣周期；ic*（k+1）和u*（k+1）分別為k+1采樣時刻有源電力濾波器的指令電流與參考電壓。

　　為了能夠在k 時刻得到u*（k+1），須在采樣時刻的基礎(chǔ)上提前預測出ic*（k+1）。再算出u*（k+1），通過SVPWM方法得到合適的有源濾波器逆變器脈沖控制信號，從而達到電流跟蹤控制目的。

　　3 SVPWM原理與實現(xiàn)

　　3.1 逆變器矢量的定義

　　圖3為并聯(lián)型APF拓撲結(jié)構(gòu)圖，其3個橋臂分別定義為a,b,c.

　　定義開關(guān)變量用Sa、Sb、Sc來表示，用“1”表示同一橋臂的上橋臂開關(guān)導通，用“0”表示同一橋臂的下橋臂開關(guān)導通，如“100”表示a相的上橋臂導通、b相的下橋臂導通、c相的下橋臂導通。則三相電壓可表示為：

　　根據(jù)開關(guān)器件的導通狀態(tài)可得出8種開關(guān)狀態(tài)，其在在α-β坐標系上的分布如圖4所示。

　　3.2 SVPWM算法實現(xiàn)

　?。?）參考矢量Uref扇區(qū)的判定

　　圖4把6種有效狀態(tài)所圍成的6邊形分成6個扇區(qū)，分別稱為I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ。

　　通過α-β坐標系中的Uα與Uβ進行運算得出Uref所在扇區(qū)N 的值。通過3 2 的變換等式如式（6）所示。

　　由式（6）得出，矢量Uref可通過Uα和Uβ來表示。定義變量A,B,C:若U1>0,A=1 否則A=0;若U2>0,B=1,否則B=0;若U3>0,C=1,否則C=0.通過將A,B,C 的數(shù)值帶入到式N=A+2B+4C 中得到所對應(yīng)的扇區(qū)。

　?。?）參考矢量Uref的基本矢量作用時間計算

　　在圖4中，設(shè)參考矢量Uref位于六邊形扇區(qū)Ⅲ中，相鄰的矢量為U1（100）、U2（110），設(shè)t1與t2分別為其作用時間，T1為SVPWM的調(diào)制周期1.通過伏秒平衡原則，可以得出：

　　在實際情況中，系統(tǒng)中的電流有可能發(fā)生較大的突變現(xiàn)象，使得數(shù)字電流環(huán)中的參考電壓矢量超出變流器輸出的電壓，因此判斷其是否飽和是確保合適的空間矢量調(diào)制方法。若t1+t2≤Ts,則無需糾正，有：

　　式（12）中的T0為零矢量的作用時間。

　?。?）變流器觸發(fā)方案

　　選擇適當?shù)目臻g基本矢量作用時間切換點調(diào)制方案是脈沖產(chǎn)生的前提條件。本文采用對稱七段式PWM方式，即以零矢量000作為開關(guān)周期的起始與結(jié)束，111為中間矢量，在實際系統(tǒng)中應(yīng)當盡可能地減少開關(guān)狀態(tài)變化時所引起的開關(guān)損耗，因此每一個開關(guān)狀態(tài)都的遵守一個原則：每次開關(guān)狀態(tài)切換時只有一個開關(guān)運作。

　　調(diào)制順序為：000→100→110→111→110→100→000,圖5為調(diào)制后的變流器觸發(fā)脈沖信號。

　　4 基于Matlab 的仿真

　　通過Matlab 仿真，對無差拍SVPWM 控制策略的APF 建立仿真模型，仿真模型參數(shù)設(shè)計為：電抗L 為2 mH,線電壓380 V的三相交流電源，APF直流側(cè)電壓為800 V,負載為阻性負載與三相不控整流橋，其阻值為5 Ω，開關(guān)頻率8 kHz.電力有源濾波器Matlab 仿真如圖6所示，其仿真波形如圖7所示。

　　仿真結(jié)果表明，a相電流電流通過APF諧波補償后基本保持正弦。由此得出，APF具有較好的電流跟蹤與補償?shù)男Ч?/FONT>