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(wèn)題，提出了一種基于三電平電壓空間矢量脈寬調制(SVPWM)技術(shù)的諧波控制算法。該控制算法的功率開(kāi)關(guān)頻率低，輸出諧波電壓含量少，抗電磁干擾能力強，實(shí)時(shí)效果好。對該控制算法進(jìn)行了Matlab仿真研究，通過(guò)實(shí)驗成功地在A(yíng)PF中驗證了其正確性，實(shí)驗結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(diǎn)，同時(shí)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(zhù)APF的補償效果。在三電平逆變器PWM控制方法中，SVPWM以其易于數字實(shí)現、電壓利用率高、輸出諧波成分少、脈動(dòng)轉矩低等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應用。三電平SVPWM的拓撲結構特點(diǎn)使同樣耐壓水平的開(kāi)關(guān)器件能夠應用于中高壓的大容量系統，提高了裝置的等效開(kāi)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撲結構的基礎上，提出了三電平SVPWM在A(yíng)PF中的諧波控制功能。詳細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(xiě)。設計了基于TMS320F2812+CPLD的APF數字化控制系統，有效驗證了諧波控制算法的正確性，提高了APF的實(shí)時(shí)補償效果。

2 三電平SVPWM的工作原理

2．1 兩電平SVPWM的拓撲結構

兩電平SVPWM補償信號產(chǎn)生過(guò)程如下：根據前端檢測的三相諧波進(jìn)行α，β坐標變換，在α，β坐標下進(jìn)行扇區判斷，求參考電壓矢量Ur對應的相鄰的基本矢量上的作用時(shí)間Tx，Ty，再確定空間矢量切換點(diǎn)Tcm1，Tcm2，Tcm3，這樣就通過(guò)空間矢量切換點(diǎn)導通相應的開(kāi)關(guān)器件產(chǎn)生諧波補償信號的波形。兩電平逆變器主拓撲結構圖如圖1所示。

同一時(shí)刻三相逆變器每個(gè)橋臂上下兩個(gè)開(kāi)關(guān)器件的驅動(dòng)信號互補，設Sk=1表示上橋臂導通，Sk=0表示下橋臂導通，可得各橋臂輸出端電壓Uk=SkUd(k=a，b，c)，則電壓空間矢量為：

空間電壓矢量扇區劃分如圖2所示。以第I扇區為例，則：

式中：T為采樣周期。

將Tx，Ty作3／2坐標變換到靜止α，β兩相坐標系下，則：

這一點(diǎn)在文獻中做了詳細的說(shuō)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(gè)開(kāi)關(guān)器件串聯(lián)的基礎上加入一對中性點(diǎn)箝位二極管構成的，其電路拓撲結構如圖3所示。