三相四線制三電平三橋臂APF關(guān)鍵技術(shù)及其控制研究.pdf

1、近年，信息技術(shù)快速發(fā)展，信息傳送方式變革，互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用大面積覆蓋，大量的信息化設(shè)備以及周邊設(shè)備爆炸式的投入使用。這些設(shè)備大都屬于非線性負(fù)載，向電網(wǎng)注入大量諧波，三相四線制系統(tǒng)諧波污染問題正變得越來越嚴(yán)重，因此引起越來越多的重視。三電平三橋臂中點(diǎn)箝位(Neutral-Point Clamped，NPC)結(jié)構(gòu)的三相四線制變換器用作有源濾波器(Active Power Filter，APF)，由于具有du/dt 低、電流紋波小、開關(guān)頻率低等優(yōu)點(diǎn)

2、，近年來越來越受到關(guān)注。三電平產(chǎn)品方面，最近兩年相繼有國(guó)內(nèi)外公司推出了400V/200V等級(jí)的低壓產(chǎn)品。然而，三相四線制三電平APF 相對(duì)于兩電平APF 結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，此外直流中點(diǎn)電位不平衡難題也阻礙了NPC 結(jié)構(gòu)三電平APF的實(shí)用和推廣。迄今為止，三相四線制三電平三橋臂NPC 結(jié)構(gòu)的APF的一些關(guān)鍵性問題，如中點(diǎn)平衡問題等，國(guó)內(nèi)外尚沒有比較系統(tǒng)的研究。
　　 本文主要對(duì)三相四線制三電平三橋臂APF的關(guān)鍵問題開展深入研究，所完成

3、的主要研究工作和取得的創(chuàng)新性成果如下：
　　 (1)對(duì)多種主要的三相四線制三電平APF 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了詳細(xì)的分析討論，在dq0坐標(biāo)系下建立了上述拓?fù)涞慕y(tǒng)一數(shù)學(xué)模型，基于統(tǒng)一模型研究三相四線制三電平三橋臂電容中分APF時(shí)，上層控制律將具有較好的移植性，任何控制律只要對(duì)參數(shù)稍作修改就可以直接應(yīng)用于另一種拓?fù)涞腁PF，不同拓?fù)銩PF的控制系統(tǒng)僅在下層調(diào)制策略上存在差異。 (2)對(duì)造成直流中點(diǎn)電位偏移的電流、電壓關(guān)系進(jìn)行了詳細(xì)

4、分析，并基于分析結(jié)論提出了相關(guān)指標(biāo)用于描述電流對(duì)直流中點(diǎn)的影響性質(zhì)和影響程度。同時(shí)，還提出了相關(guān)評(píng)估指標(biāo)用以評(píng)估中點(diǎn)平衡策略對(duì)中點(diǎn)電位的控制能力的強(qiáng)弱、有效與否，為研究中點(diǎn)控制問題奠定理論基礎(chǔ)。
　　 (3)在0坐標(biāo)系下對(duì)三電平APF 空間矢量合成方法進(jìn)行了細(xì)致的分析研究，提出了“中點(diǎn)控制度”的概念，并基于此概念提出了一種基于坐標(biāo)平移原理的“三維矢量?jī)?yōu)化選擇調(diào)制策略”，有效的解決了小扇區(qū)中點(diǎn)電位不平衡問題。在 a b c 坐標(biāo)系

5、下提出了一種基于中點(diǎn)平衡因子的中點(diǎn)控制三維矢量調(diào)制策略，并對(duì)中點(diǎn)電位的控制能力進(jìn)行了分析和評(píng)估。發(fā)現(xiàn)并解釋了直流中點(diǎn)電位“自平衡”現(xiàn)象。
　　 (4) 詳細(xì)分析了數(shù)字PI 調(diào)節(jié)器閉環(huán)系統(tǒng)的系統(tǒng)參數(shù)、設(shè)計(jì)方法和閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定條件，進(jìn)而研究串聯(lián)超前環(huán)節(jié)對(duì)系統(tǒng)相頻特性的影響。利用狀態(tài)反饋控制律將三相四線制APF的閉環(huán)極點(diǎn)配置在原點(diǎn)，并利用諧波電流的重復(fù)特性設(shè)計(jì)了一種復(fù)合型的諧波電流預(yù)測(cè)器對(duì)諧波電流進(jìn)行預(yù)測(cè)，配合狀態(tài)觀測(cè)器實(shí)現(xiàn)了三相四線

6、制APF 電流預(yù)測(cè)無差拍跟蹤，有效改善了諧波補(bǔ)償?shù)姆€(wěn)態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能。利用預(yù)測(cè)工具對(duì)傳統(tǒng)的PI電流環(huán)進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)，PI 電流環(huán)的閉環(huán)頻域特性得到有效的改善，通過合理配置PI參數(shù)更可以使電流預(yù)測(cè)型PI內(nèi)環(huán)實(shí)現(xiàn)諧波電流的無靜差跟蹤。
　　 (5)分析、建立了三相四線制三電平三橋臂APF 直流側(cè)dq0坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型，深入分析論述了適用于三相四線制三電平三橋臂APF的直流電壓控制器設(shè)計(jì)方法。針對(duì)直流電壓?jiǎn)?dòng)過程中點(diǎn)電位難控制的問題，