三相四線制三電平三橋臂APF關鍵技術及其控制研究.pdf

1、近年，信息技術快速發(fā)展，信息傳送方式變革，互聯(lián)網(wǎng)應用大面積覆蓋，大量的信息化設備以及周邊設備爆炸式的投入使用。這些設備大都屬于非線性負載，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重，因此引起越來越多的重視。三電平三橋臂中點箝位(Neutral-Point Clamped，NPC)結構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、開關頻率低等優(yōu)點

2、，近年來越來越受到關注。三電平產(chǎn)品方面，最近兩年相繼有國內(nèi)外公司推出了400V/200V等級的低壓產(chǎn)品。然而，三相四線制三電平APF 相對于兩電平APF 結構更加復雜，此外直流中點電位不平衡難題也阻礙了NPC 結構三電平APF的實用和推廣。迄今為止，三相四線制三電平三橋臂NPC 結構的APF的一些關鍵性問題，如中點平衡問題等，國內(nèi)外尚沒有比較系統(tǒng)的研究。
　　 本文主要對三相四線制三電平三橋臂APF的關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)對多種主要的三相四線制三電平APF 拓撲結構的數(shù)學模型進行了詳細的分析討論，在dq0坐標系下建立了上述拓撲的統(tǒng)一數(shù)學模型，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，上層控制律將具有較好的移植性，任何控制律只要對參數(shù)稍作修改就可以直接應用于另一種拓撲的APF，不同拓撲APF的控制系統(tǒng)僅在下層調(diào)制策略上存在差異。 (2)對造成直流中點電位偏移的電流、電壓關系進行了詳細

4、分析，并基于分析結論提出了相關指標用于描述電流對直流中點的影響性質(zhì)和影響程度。同時，還提出了相關評估指標用以評估中點平衡策略對中點電位的控制能力的強弱、有效與否，為研究中點控制問題奠定理論基礎。
　　 (3)在0坐標系下對三電平APF 空間矢量合成方法進行了細致的分析研究，提出了“中點控制度”的概念，并基于此概念提出了一種基于坐標平移原理的“三維矢量優(yōu)化選擇調(diào)制策略”，有效的解決了小扇區(qū)中點電位不平衡問題。在 a b c 坐標系

5、下提出了一種基于中點平衡因子的中點控制三維矢量調(diào)制策略，并對中點電位的控制能力進行了分析和評估。發(fā)現(xiàn)并解釋了直流中點電位“自平衡”現(xiàn)象。
　　 (4) 詳細分析了數(shù)字PI 調(diào)節(jié)器閉環(huán)系統(tǒng)的系統(tǒng)參數(shù)、設計方法和閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定條件，進而研究串聯(lián)超前環(huán)節(jié)對系統(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)極點配置在原點，并利用諧波電流的重復特性設計了一種復合型的諧波電流預測器對諧波電流進行預測，配合狀態(tài)觀測器實現(xiàn)了三相四線

6、制APF 電流預測無差拍跟蹤，有效改善了諧波補償?shù)姆€(wěn)態(tài)性能和動態(tài)性能。利用預測工具對傳統(tǒng)的PI電流環(huán)進行結構改進，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)更可以使電流預測型PI內(nèi)環(huán)實現(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dq0坐標系下的數(shù)學模型，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計方法。針對直流電壓啟動過程中點電位難控制的問題，