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)，會引起中間直流電壓明顯振蕩，對整個(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)簡單、動態(tài)響應(yīng)迅速等優(yōu)勢也得到一定關(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。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，只能對直流信號進(jìn)行無差調(diào)節(jié)，而無法實(shí)現(xiàn)對交流信號的無差跟蹤。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)對指定頻率交流信號無差調(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倍波動成分；P2，Q2為正序電流產(chǎn)生的功率2倍波動成分。
直流母線電壓波動的幅值與電網(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，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具有非常現(xiàn)實(shí)的意義。