基于三電平有源濾波器的控制策略改進(jìn)

施必劍 胥 飛

（上海電機(jī)學(xué)院電氣學(xué)院，上海201306）

0 引言

常規(guī)四橋臂逆變器控制矢量計(jì)算過(guò)程繁瑣，而且在直流側(cè)中點(diǎn)電壓平衡問(wèn)題中，無(wú)法對(duì)中點(diǎn)電壓的平衡進(jìn)行有效、實(shí)時(shí)的控制[1]，誤差量較大。為了使三電平三相四橋臂空間矢量控制速度更快，結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，并且能夠?qū)χ绷鱾?cè)中點(diǎn)電壓平衡進(jìn)行有效控制[2]，降維的思想顯得尤為重要。

1 降維的三電平四橋臂逆變器數(shù)學(xué)模型

由基爾霍夫電壓定律得三電平三相四橋臂逆變器推導(dǎo)公式：

由于三相四線制中的不對(duì)稱且畸變電源電壓通過(guò)逆變器最后輸出電壓是對(duì)稱的，所以滿足：

假設(shè)各橋臂控制采用對(duì)稱控制，即各橋臂中點(diǎn)電勢(shì)UAN、UBN、UCN是對(duì)稱的，忽略其中的高頻開關(guān)分量，滿足：

將式（3）代入式（1），得到第四橋臂參考電壓：

再將式（4）代入式（1），得到前三橋臂參考電壓：

2 3D-SVPWM逆變器控制

采用3D-SVPWM逆變器控制[3]需要求得三相參考電壓值，為了使計(jì)算簡(jiǎn)單，將三相四橋臂逆變器電路模型簡(jiǎn)化成平均電流電路模型，其中，逆變器的輸出等效為電壓源，負(fù)載等效為電流源。再將平均電流電路模型利用對(duì)稱分量法將電壓電流分解成正序、負(fù)序和零序，分別對(duì)正負(fù)零序進(jìn)行計(jì)算，再采用PI[4]對(duì)電壓、電流進(jìn)行調(diào)節(jié)。假設(shè)三相輸出電壓為對(duì)稱電壓，則：

式中，U為電壓瞬時(shí)值；ω為電壓角頻率。

根據(jù)分解的正負(fù)零序模塊得到的逆變器輸出電壓：

3 直流側(cè)中點(diǎn)電壓控制

由于三電平逆變器存在中點(diǎn)電壓不平衡問(wèn)題，為保證晶閘管承壓較小，防止開關(guān)被擊穿和提高系統(tǒng)的可靠性，采用均壓方法，即將給定電壓值的一半U(xiǎn)dc/2與逆變器直流側(cè)兩個(gè)電容電壓Udc1和Udc2分別進(jìn)行比較，然后通過(guò)PI控制器控制后得到指令電流，為簡(jiǎn)化系統(tǒng)控制，將指令電流直接送到輸入端與輸入端電流參考值一起進(jìn)行控制。

4 實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

仿真實(shí)驗(yàn)采用Simulink仿真，圖1～圖3依次為3D-SVPWM控制下帶不平衡負(fù)載的三相電壓波形、前三橋臂的三相電流波形、中點(diǎn)電壓波形。

圖13 D-SVPWM控制下帶不平衡負(fù)載的三相電壓波形

圖23 D-SVPWM控制下帶不平衡負(fù)載的三相電流波形

圖33 D-SVPWM控制下帶不平衡負(fù)載的中點(diǎn)電壓波形

圖中輸出的電壓波形與平衡負(fù)載情況下的波形是相同的，輸出的三相電流相互對(duì)稱，消除了畸變電流中的諧波，波形更加接近于正弦波形，因此3D-SVPWM逆變器控制滿足實(shí)驗(yàn)要求。

5 結(jié)語(yǔ)

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，3D-SVPWM控制的不平衡電壓、電流波形能夠在短時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定成正弦波，波形穩(wěn)定；中點(diǎn)電壓可穩(wěn)定地平衡在中點(diǎn)附近。結(jié)果驗(yàn)證了改進(jìn)的控制策略的有效性。