发布时间 : 星期日 文章基于matlab谐波抑制的仿真研究(毕设)更新完毕开始阅读0bde7a955f0e7cd185253654
图4.5滞环电流控制原理图
滞环比较控制方式具有硬件电路简单、电流响应快、不需要载波输出电压中不含有特定频率谐波分量等特点。在这种控制方式中，滞环的宽度对补偿电流的跟随性能有较大影响。当滞环的宽度较大时，主电路的开关元件的开关频率较低，对元器件要求不高，但是跟随误差较大；反之滞环的宽度较小时，跟随误差较小，但主电路的开关元件的开关频率较高在并联有源电力滤波器实际应用中，滞环比较控制方式环宽的选取至关重要。环宽的选取是根据电力系统绝对电流变化的要求决定的，电流畸变的边界值是总电流的5％左右。用H表示滞环比较控制方式的环宽，?ic＜H时，滞环比较器输出保持不变；当时，?ic＞H滞环比较器的输出翻转，假设后面的主电路无延迟，则补偿电流ic的变化方向随之改变。这样ic*就在-H和H之间变化，即ic*在ic*-H和ic*+H之间范围内呈锯齿波状跟随ic*变化。 4.2.2.3三角波比较方式
三角波比较电流跟踪控制与一般三角波作为载波的PWM控制方式不同，不是直接将指令信号ic*与三角波比较。而是将指令信号ic*与有源电力滤波器主电路输出的实际补偿电流信号ic之差?ic缸经放大器后与高频三角波比较，得到矩形脉冲作为有源电力滤波器主电路元器件的控制信号，从而使变流器输出所需要补偿电流。放大器往往采用比例放大器或比例积分放大器。原理如图4．6所示。
图4.6三角波比较控制原理图
三角波比较方式具有元器件开关频率固定，且PWM信号等于三角载波频率；输出补偿电流含有谐波较少，但含有与三角载波相同频率的谐波；但是动态响应没有滞环比较快、放大器增益有限、三角载波频率影响元器件等工作特点。 无差拍控制能快速反应电流的突然变化，特别适合快速暂态控制，但是由于计算量大、容易造成延迟、对系统参数依赖性大从而影响整个系统的稳定性，对于有源电力滤波器这样一个非线性多变量系统而言这种策略很少采用。 自适应控制对动态变化过程有自适应，但对过程参数的变化不灵敏；自抗扰控制的抗干扰能力强；神经网络控制控制精度高、控制方法简化；遗传算法有优化运算方面的优势。
单周控制（One-Cycle Control，occ）不存在暂态误差，是一种非线性控制方法，具有反应快、开关频率恒定、鲁棒性强、控制电路简单和良好的稳定性能等优点，但是一种新的理论，还要等待时间的检验。这些方法的应用还处于初始阶段，无应用实例，理论性和实践性有待进一步研究。 4.3有源电力滤波器的主电路设计
4.3.1直流侧电容量的选择
为了保证有源电力滤波器正常工作，直流侧电压作为补偿器的直流电源必须保持恒定。但有源电力滤波器在实际运行时，很难将主电路直流侧电压控制在一个恒定值，直流侧电压随补偿电流和补偿器工作模式的改变而改变，在允许的给定范围内波动。
直流侧电压的波动主要来自于APF补偿电流中的谐波及无功电流造成的能量脉动、开关损耗以及交流侧滤波电感储能引起的能量脉动，其中尤其以谐波电流造成的能量脉动所引起的直流侧电压波动最为明显。
为了减小直流侧电压波动，直流侧电容必须有一定的容量要求。当直流侧电压一定时，电容值越小，则直流侧电压波动越大，影响有源电力滤波器的补偿效果;电容值越大，则直流侧电压波动越小，但是电容体积和造价都会增加。因此，需要综合考虑两方面因素，在直流侧电压波动满足要求下进行电容值的选取。
设直流侧电压Udc的最大允许波动电压为△Udcmax 定义电压波动率为:
???Udcmax (4-1) Udc则直流母线电压最大值和最小值为:
Udcmax?(1??)Udc (4-2) Udcmin?(1??)Udc (4-3)
对于非线性负载来说，其谐波和无功电流所产生的瞬时功率不为零，但一个周期的平均值为零。当有源电力滤波器对谐波和无功电流进行补偿时，有源电力滤波器和负载之间有能量交换，需要直流侧电容提供能量交换缓冲。如果忽略有源电力滤波器系统存在损耗，这一缓冲电容只是周期性地吸收和释放能量，不需要电源提供能量。而当谐波和无功电流得到补偿时，电源只向负载提供有功电流，即提供负载消耗的能量，而不再和负载交换能量。有源电力滤波器、电源及负载之间的能量交换如图4.1所示:
图4.7有源滤波器、负载和电源之间的能量交换
为了简化分析，特作以下假设:
(1)考虑能量平衡关系时，不考虑滤波电感中的储能;
(2)稳态时，直流侧电压波动幅值与直流侧电压值相比非常小; (3)APF自身损耗忽略不计。
设有源电力滤波器交流侧的瞬时功率为Pc(t):
Pc(t)?uca(t)ica(t)?ucb(t)icb(t)?ucc(t)icc(t) (4-4) 上式中，uc(t)、ic(t)分别为有源电力滤波器交流侧的三相电压、电流瞬时值。 直流侧电容的瞬时功率为Pdc(t):
Pdc(t)?udc(t)idc(t)?udc(t)?Cdudc(t)dt (4-5)
上式中，udc(t)、idc(t)分别为直流侧电压、电流瞬时值。 忽略谐波补偿器的开关损耗，则有
Pc(t)?Pdc(t) (4-6) 将式带入上式:
udc(t)?Cdudc(t)dt?Pc(t) (4-7)
由上式两边积分得:
t?TP(t)1cC?dt?udc(t)?udc(t?T)tudc(t)?1?Udcmax??t?Ttt?TPc(t)udc(t)Pc(t)dtUdcmax (4-8)
1??Udcmax?1t?(1??)U2dc?t?TtPc(t)dt
上式右边的积分项就是有源电力滤波器的补偿容量。假设有源电力滤波器的 补偿容量Sc，则由式可得:
Cmin?ScT (4一9)
?(1??)U2dc因此,确定了装置的补偿容量和允许的直流侧电压波动之后，就可根据式(4一9)确定电容的容量。需要注意的是，所计算出的电容量是在理想条件下得到的，实际选取电容的容量时必须留有一定裕度。 4.3.2 直流侧电压的选择
用理想开关代替实际开关器件，忽略系统的阻抗，可得并联型APF等值电路， 如图4.2所示。
图4.8并联型APF等值电路
假定e为系统电压，直流侧电容电压为Udc，其中电压都以系统中性点o为参考点，则图4.2中三相电路瞬时值方程为:
Ldica/dt?ua?（Rica?ea)Ldicb/dt?ub?（Rcb?eb) (4-10) Ldicc/dt?uc?（Ricc?ec)引入开关函数Sa、Sb、Sc，定义为:
Sk?1上桥臂导通，下桥臂关断相应APF交流侧相电压为:
(4-11) Sk?0上桥臂关断，下桥臂导通（k?a,b,c）ua?uaN?uN0?SaUdc?uN0ub?ubN?uN0?SbUdc?uN0 (4-12) uc?ucN?uN0?ScUdc?uN0不计零轴分量，则有:
ea?eb?ec?0ia?ib?ic?0 (4-13)
由式(4-10)、(4-11)、(4-12)得:
UuN0??dc(Sa?Sb?Sc) (4-14)
3把(4-14)带入式(4-12)，则APF交流侧相电压:
ua?(2Sa?Sb?Sc)Udc/3ub?(2Sb?Sc?Sa)Udc/3 (4-15) uc?(2Sc?Sa?Sb)Udc/3将(4-15)代入(4-10)，忽略APF交流侧电阻影响，得:
Ldica/dt?(2Sa?Sb?Sc)Udc/3?eaLdicb/dt?(2Sb?Sc?Sa)Udc/3?eb (4-16) Ldicc/dt?(2Sc?Sa?Sb)Udc/3?ec