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制(SVPWM)技術的諧波控制算法。該控制算法的功率開關頻率低，輸出諧波電壓含量少，抗電磁干擾能力強，實時效果好。對該控制算法進行了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，補償性能好等優點，同時證明了該控制算法的有效性和可行性。

關鍵詞：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以其易于數字實現、電壓利用率高、輸出諧波成分少、脈動轉矩低等優點而得到廣泛應用。三電平SVPWM的拓撲結構特點使同樣耐壓水平的開關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關頻率；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APF中的諧波控制功能。詳細介紹了諧波控制算法的原理，并對算法進行了

Matlab／Simulink仿真驗證，利用TMS320F2812完成了控制軟件的編寫。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的實時補償效果。

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補償信號產生過程如下：根據前端檢測的三相諧波進行α，β坐標變換，在α，β坐標下進行扇區判斷，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通相應的開關器件產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。

同一時刻三相逆變器每個橋臂上下兩個開關器件的驅動信號互補，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：

這一點在文獻中做了詳細的說明和驗證。

2．2 三電平SVPWM的基本原理

三電平逆變器是在兩個開關器件串聯的基礎上加入一對中性點箝位二極管構成的，其電路拓撲結構如圖3所示。