電網(wǎng)不平衡下基于SVM三相整流器直接功率控制

摘要：電網(wǎng)電壓不平衡故障時(shí)，會(huì)引起中間直流電壓明顯振蕩，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行造成很大威脅。通過分析電網(wǎng)不平衡下的功率傳輸特性，添加功率補(bǔ)償項(xiàng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償控制，從而穩(wěn)定有功功率和中間直流電壓。采用T／4延時(shí)法只提取正負(fù)序分量，進(jìn)而達(dá)到控制目標(biāo)的要求。理論推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了該控制策略的正確性和有效性。
關(guān)鍵詞：整流器；直接功率控制；電網(wǎng)不平衡

1 引言
在理想電網(wǎng)電壓條件下的整流器控制技術(shù)已日趨成熟，然而在電網(wǎng)不平衡條件下，國(guó)內(nèi)外大部分學(xué)者將目光投向基于電壓定向或虛擬磁鏈定向的電流控制。文獻(xiàn)根據(jù)各自側(cè)重點(diǎn)的不同，提出了相應(yīng)的控制策略。
同樣，不平衡電壓下的直接功率控制(DPC)以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)態(tài)響應(yīng)迅速等優(yōu)勢(shì)也得到一定關(guān)注。由于傳統(tǒng)DPC采用滯環(huán)控制，在理想情況下，反饋能夠在全頻帶范圍內(nèi)無差跟蹤指令信號(hào)。但其存在開關(guān)頻率不恒定的缺點(diǎn)，當(dāng)采用空間矢量調(diào)制(SVM)算法來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的開關(guān)表時(shí)，此缺點(diǎn)能夠得到有效克服，將矢量控制與傳統(tǒng)DPC相結(jié)合，得到基于SVM的DPC(DPC-SVM)。DPC-SVM控制器為傳統(tǒng)PI調(diào)節(jié)器，只能對(duì)直流信號(hào)進(jìn)行無差調(diào)節(jié)，而無法實(shí)現(xiàn)對(duì)交流信號(hào)的無差跟蹤。因此若將DPC在不平衡電壓下的控制策略應(yīng)用于DPC-SVM時(shí)，就不再適用。
針對(duì)此問題，通過研究在不平衡電壓下的功率傳輸特性，將能實(shí)現(xiàn)對(duì)指定頻率交流信號(hào)無差調(diào)節(jié)的諧振控制器引入DPC-SVM系統(tǒng)，采用一種新的不平衡電壓下的DPC-SVM策略。

2 電網(wǎng)不平衡下功率傳輸特性
電網(wǎng)不平衡下，任意一個(gè)空間矢量可以表示為負(fù)序分量口u-和正序分量u+之和，即：u=u++u-。u-和u+分別以-ω1和ω1速度旋轉(zhuǎn)，如圖1所示。此處采用T／4延時(shí)法來提取u-和u+。

在α，β坐標(biāo)系下，電壓和電流可表示為：

式中：P0，Q0為功率穩(wěn)態(tài)分量；P1，Q1為負(fù)序電流產(chǎn)生的功率2倍波動(dòng)成分；P2，Q2為正序電流產(chǎn)生的功率2倍波動(dòng)成分。
直流母線電壓波動(dòng)的幅值與電網(wǎng)電壓的不平衡度成正比。在工業(yè)應(yīng)用中，當(dāng)直流母線電壓超過一定范圍時(shí)，必然會(huì)影響機(jī)側(cè)變流器的穩(wěn)定運(yùn)行，甚至造成飛車事故。雖然加大直流母線上電解電容可抑制一定的直流母線電壓波動(dòng)，但加大電容必然大大增加系統(tǒng)成本。因此，在電網(wǎng)發(fā)生不平衡故障時(shí)，在控制策略上采取措施有效地抑制變流器直流母線電壓的波動(dòng)具有非常現(xiàn)實(shí)的意義。