基于三電平SVPWM的諧波控制算法的研究

摘要：針對有源電力濾波器(APF)諧波控制算法存在的問題，提出了一種基于三電平電壓空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)技術(shù)的諧波控制算法。該控制算法的功率開關(guān)頻率低，輸出諧波電壓含量少，抗電磁干擾能力強(qiáng)，實時效果好。對該控制算法進(jìn)行了Matlab仿真研究，通過實驗成功地在APF中驗證了其正確性，實驗結(jié)果表明該控制算法具有諧波電壓含量少，電壓利用率高，補償性能好等優(yōu)點，同時證明了該控制算法的有效性和可行性。

關(guān)鍵詞：有源電力濾波器；三電平；空間矢量脈寬調(diào)制；諧波控制

1 引言

諧波控制算法是APF中最重要的部分之一，它直接影響著APF的補償效果。在三電平逆變器PWM控制方法中，SVPWM以其易于數(shù)字實現(xiàn)、電壓利用率高、輸出諧波成分少、脈動轉(zhuǎn)矩低等優(yōu)點而得到廣泛應(yīng)用。三電平SVPWM的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特點使同樣耐壓水平的開關(guān)器件能夠應(yīng)用于中高壓的大容量系統(tǒng)，提高了裝置的等效開關(guān)頻率；三電平逆變器輸出為三電平階梯波，更接近于正弦，減少了輸出電壓和輸出電流的諧波含量。

在深入分析兩電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出了三電平SVPWM在APF中的諧波控制功能。詳細(xì)介紹了諧波控制算法的原理，并對算法進(jìn)行了

Matlab／Simulink仿真驗證，利用TMS320F2812完成了控制軟件的編寫。設(shè)計了基于TMS320F2812+CPLD的APF數(shù)字化控制系統(tǒng)，有效驗證了諧波控制算法的正確性，提高了APF的實時補償效果。

2 三電平SVPWM的工作原理

2．1 兩電平SVPWM的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

兩電平SVPWM補償信號產(chǎn)生過程如下：根據(jù)前端檢測的三相諧波進(jìn)行α，β坐標(biāo)變換，在α，β坐標(biāo)下進(jìn)行扇區(qū)判斷，求參考電壓矢量Ur對應(yīng)的相鄰的基本矢量上的作用時間Tx，Ty，再確定空間矢量切換點Tcm1，Tcm2，Tcm3，這樣就通過空間矢量切換點導(dǎo)通相應(yīng)的開關(guān)器件產(chǎn)生諧波補償信號的波形。兩電平逆變器主拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

同一時刻三相逆變器每個橋臂上下兩個開關(guān)器件的驅(qū)動信號互補，設(shè)Sk=1表示上橋臂導(dǎo)通，Sk=0表示下橋臂導(dǎo)通，可得各橋臂輸出端電壓Uk=SkUd(k=a，b，c)，則電壓空間矢量為：

空間電壓矢量扇區(qū)劃分如圖2所示。以第I扇區(qū)為例，則：

式中：T為采樣周期。

將Tx，Ty作3／2坐標(biāo)變換到靜止α，β兩相坐標(biāo)系下，則：

這一點在文獻(xiàn)中做了詳細(xì)的說明和驗證。

2．2 三電平SVPWM的基本原理

三電平逆變器是在兩個開關(guān)器件串聯(lián)的基礎(chǔ)上加入一對中性點箝位二極管構(gòu)成的，其電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示。