一种基于三相四开关型有源滤波器的svpwm调制方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于三相四开关型有源滤波器的SVPWM调制方法，通过将α-β坐标顺时针旋转120°得到新的g-h坐标，使基本矢量与新的坐标轴重合，省去大量的三角运算，并直接通过线电压的基本运算得到参考矢量的扇区判断；本发明中提出的SVPWM调制方法基本矢量顺序使得每个扇区内每个开关管开关一次，在Ⅱ、Ⅲ扇区切换和Ⅳ、Ⅰ扇区切换时，开关管均变换1次，4个周期内一共开关5次，开关频率f1=5/(4Ts)；在控制效果等效不变的情况下，开关频率比现有控制方法减小2/7。在不影响补偿效果的前提下，有效地降低了开关频率，减小开关损耗，为APF有效工作增长了时间。
【专利说明】—种基于三相四开关型有源滤波器的SVPWM调制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电力电子装置调制领域，涉及一种有源滤波器，特别涉及一种基于三相四开关型有源滤波器的SVPWM调制方法。
【背景技术】
[0002]随着电力电子装置的应用愈加广泛，分布式电源大量接入电网，电力系统的电能质量问题日趋严重，作为动态并联补偿装置，有源电力滤波器(active power filter,APF)由于可以实时补偿系统谐波及无功，得到了广泛的研究及应用。APF发展至今，出现了多种不同形式的拓扑结构，比如单独型、多变流器混合型、有源滤波与无源滤波的混合型以及本发明所涉及的新型三相四开关混合型有源滤波器。
[0003]由于APF长期在恶劣的工业现场运行，功率开关器件IGBT (Insulated GateBipolar Transistor绝缘栅双极性晶体管)一直处于大功率高频率高温现场环境，所以功率开关器件可靠运行是保证APF稳定性的必要因素。一旦有IGBT发生过压或者过流击穿，目前一般处理情况是将APF设备退网等待检修。而随着三相四开关APF (three-phasefour-switch shunt APF,TFSSAPF)的出现，当设备中有单相功率器件出现故障时,APF仍可通过改变其拓扑结构继续有效可靠地工作，这使得APF具有了一定的自愈能力，为APF有效工作增长了时间，也为APF故障后维修赢得了更多的时间。
[0004]自从上世纪80年代以来，国内外学者对于常规的三相六开关APF进行了大量的研究，其调制控制方法已趋于完善，但是作为其容错拓扑三相四开关APF的调制控制策略却并没有得到深入的研究。所谓三相四开关APF是传统三相六开关APF故障重构后的容错电路拓扑形式，由于开关器件的减少，四开关APF具有降低成本和运行维护费用少的潜力，因此具有很重要的研究价值。
[0005]作为有源滤波器的核心部分，电流控制直接影响着有源滤波器的补偿性能，为了实现电流的快速控制，传统的三相六开关有源滤波器目前常用的电流控制方案主要有滞环电流控制、脉宽调制(PWM)和空间矢量调制(SVM)。当APF发生单相断路故障，通过自身故障诊断自动切除已损的相，拓扑结构切为三相四开关。由于拓扑的变化，其电流控制方案也不再同于传统的三相六开关拓扑结构。SVPWM (Space Vector Pulse Width Modulation)调制方法为空间矢量脉宽调制方法。
【发明内容】
[0006]技术问题:本发明提供一种可在不影响补偿效果的前提下有效地降低开关频率、减小开关损耗，增长了 APF有效工作时间的基于三相四开关型有源滤波器的SVPWM调制方法。
[0007]技术方案:本发明的基于三相四开关型有源滤波器的SVPWM调制方法，包括以下步骤:
[0008]I)当三相六开关有源滤波器出现某相绝缘栅双极性晶体管开路故障时，驱动交流接触器将故障相切除，并将故障相的输出端直接接到直流侧电容中点；
[0009]2)将三相abc静坐标系经过3-2变换转换到α-β坐标系，再顺时针旋转120°得到新的g-h坐标系；
[0010]3)将三相abc静止坐标投影到g-h坐标系，然后找出三相四开关型有源滤波器的开关状态在g-h坐标系下对应的电压空间矢量；
[0011]4)通过判断两个非故障相与故障相之间的线电压之和的正负，以及两个非故障相与故障相之间的线电压之差的正负，得到当前时刻参考矢量所在扇区；
[0012]同时根据半周期单开或者单闭的判断原则来减少一个周期内开关开闭次数，从而得到改进的基本矢量作用顺序，然后计算得到基本矢量的作用时间；
[0013]5)根据步骤4)中判断的扇区结果与改进后的基本矢量作用顺序的对应关系，结合基本矢量的作用时间，得到开关时序图，根据开关时序图进行PWM调制。
[0014]本发明方法的步骤2)中，按照下式将三相abc静坐标系通过3-2变换转换到α-β坐标系:
[0015]
【权利要求】
1.一种基于三相四开关型有源滤波器的SVPWM调制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤: 1)当三相六开关有源滤波器出现某相绝缘栅双极性晶体管开路故障时，驱动交流接触器将故障相切除，并将故障相的输出端直接接到直流侧电容中点； 2)将三相abc静坐标系经过3-2变换转换到α-β坐标系，再顺时针旋转120°得到新的g_h坐标系； 3)将三相abc静止坐标投影到所述g_h坐标系，然后找出三相四开关型有源滤波器的开关状态在g_h坐标系下对应的电压空间矢量； 4)通过判断两个非故障相与故障相之间的线电压之和的正负，以及两个非故障相与故障相之间的线电压之差的正负，得到当前时刻参考矢量所在扇区； 同时根据半周期单开或者单闭的判断原则来减少一个周期内开关开闭次数，从而得到改进的基本矢量作用顺序，然后计算得到基本矢量的作用时间； 5)根据所述步骤4)中判断的扇区结果与改进后的基本矢量作用顺序的对应关系，结合所述基本矢量的作用时间，得到开关时序图，根据所述开关时序图进行PWM调制。
2.根据权利要求1所述的基于三相四开关型有源滤波器的SVPWM调制方法，其特征在于，所述步骤2)中，按照下式将三相abc静坐标系通过3-2变换转换到α - β坐标系:
3.根据权利要求1所述的基于三相四开关型有源滤波器的SVPWM调制方法，其特征在于，所述步骤2)中根据下式完成三相abc静坐标系到α-β坐标系，再到新的g_h坐标系的转换:
4.根据权利要求1、2或3所述的基于三相四开关型有源滤波器的SVPWM调制方法，其特征在于，所述步骤3)的具体流程为: 首先根据下式将三相abc静止坐标投影到g-h坐标系上:
【文档编号】H02J3/01GK103855711SQ201410100849
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2014年3月18日 优先权日:2014年3月18日
【发明者】梅军, 郑建勇, 张宸宇, 郭邵卿, 周福举, 胡洛瑄 申请人:东南大学