三相四线系统并联电能质量补偿器的新型控制方法
三相四线系统并联电能质量
补偿器的新型控制方法
栽宁怡‘,黄民聪”,韩英铎1‘2
l澳门尢学科技学院,澳门;2.清华大学电机工程与应用电子技术系,北京100084)
摘要:控制技术是应用逆变嚣在配电网实现电能质量补偿的关键。提出一种基于参考电压矢量平移的新型三雏空间矢量调制方法,用来控制三电平三桥臂中点引出式逆变嚣,实现三相四线系统
中的并联电能质量补偿,与三相三线系统中的两维空间矢量调制不同,这种新型三维空间矢量调
制方法基于“一口一O变换,利用零序分量补偿中线电流。所提出的控制方法用在三相四线系统中的并联电能质量补偿器中,Manab下的仿真结果表明这一控制方法可以使并联补偿器同时完成抑制谐波、补偿无功和中线电流的综合功能。通过与三维“一口一O滞环控制方法补偿效果的比较,证明三维空间矢量控制方法可以在较低的开关频率下达到更好的补偿效果。关键词:电能质量;三电平逆变器;三相四线系统;三雏空间矢量调制中囤分类号:TM
714.3
文献标识码:A
文章编号:1006—6047(2()03】06—0016—05政善配电网供电质量是电力系统的重要课题之联补偿器中,在Matlab中仿真,实现对三相谐波、一,人多数的电能质量调节器都以PWM逆变器为中线电流和无功功率的补偿。通过与三维d一8—0核心电路c“。过去,有关PwM逆变器控制技术的研滞环控制方法补偿效果的比较,证明所提出三维空究都集中在三相三线系统中,随着用户电力技术的间矢量控制方法在较低的开关频率下就可得到很好发展。应用于三相四线系统中的UPS和电能质量补的补偿效果。
偿器将会得到越来越多的重视。对于传统二:相三线系统巾的NPc三电平逆变器,只要添加一根中线连l二三维空问的电压矢量
接直流侧的中点与系统中线,就可以应用到三相四图I为中点引出式三电平逆变器。线系统中z3。。
由图1可定义)F关函数为
本史针对中点引出式i电平逆变器,提出一种11Vt。和Vz。导通
新型的一维空怄l矢量脉宽调制法,用来控制三相四置={o
V:。和V,。导通J=a’b,c
(I)
线系统中的并联电能质量补偿器,首先介绍“一p一0【一1
Vh和V。。导通
变换下三维空间矢量的分布,随后详细分析所提出假定£‘。。=Em=仉。,此时,每一桥臂的输出电压
的新型j二维空间矢量调制方法,最后将所提出的了仍可以表示为
维空间矢量词制方法用在一个三相四线系统的并
仉=玑,S,
j=a'h,c
(2)
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罔1使用二相半桥逆变器的并联补偿器
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牧稿日期:20∞一03一I)4
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方数据
第6期
戴宁怡,等:_相四线系统并联电能质量补偿器的新型控制方法
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变换后的参数。在如图2所仉P示的j维视图巾,可以更清的空间分布。其中矢量{巩,慕多
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方向和负方向。图3是三配
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岗3电儿i先量在Ⅱ一口平面上的分布
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万
方数据在三电平逆变器中,开关函数
S可取“l”,“一l”或“0”,对应于27种开关状态有27个不同的电压矢量。这27个电压矢量可分为四类:零矢量、小矢量、中矢量
和大矢量。表2~5分别列出了零矢
量、小矢量、中矢量
和大矢量在。一6一r
阉4三维d一日一O坐标下三电
和口一IB一0坐标下
平电压矢量的分布
的参数。图4,5分Fi94Theallocationof3一level
3一I)imensional
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别是Ⅱ一口一0坐标
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表2零矢量参数
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表4中矢■参数
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表5大矢量参数
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Ⅱ一6一r坐标及经过Ⅱ一日一O楚地看出两电平电压矢量U,玑}和j£,。,玑,玑}分别处丁不同水平面上,而2个零矢量分别指向零轴的正维空间两电平电压矢量在d其与传统二维空间电压矢
?恐!竺竺苎i}。}茎掌≮簇譬嚣量在平面上的分布是一样的…。
和Ⅱ一日坐标F三电平空间电压矢量的分布图c圈5系统中,空间矢量处于不同平面中,见图4,在二维中“一目坐标卜-的矢量分布与传统两维系统中三电坐标F,存将各小六边形区域矢量平移为以蟓点为平电压矢量在平面上的分布也是‘致的。
中心,与两电平系统等价的矢量分布空I.日J时,零轴分。9i.‰…
量必须考虑在内。通过分析三维坐标下矢董的空间U川l,l】
U∞_0
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分布,发现三维系统中小六边形区域的巾心点应如72霸。K]’
∥。v。j。,7
表6所示定义。这组重新定义的中心点世标住d一卢轴上与两维系统相同,只是在零轴方向上有r偏移。
裹6小六边形区域中心点参数
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图5
d—B耐维坐标下一j电平电压欠量的分布
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2
三电平三维空间矢量的区域划分
从a一8平面上看,图5中的火矢量六边形是由
图7以编号为l的小六边形区域为例,其中所如图6(a)所示的六个小六边形区域组成,每个小六有的标注都是“一J3一O空间的坐标值。图7中,通过边形的中心点都位于图6(b)中中心位置小六边形将小六边形的中心点移到坐标原点,即从小六边形的顶点r5。传统的Ⅱ一JB两维系统中,每个小六边区域中矢量的坐标中,减去中心点的坐标,就司求得形的中心点坐标如表6所示。在州维系统中,所有平移后空间矢量的分布。图7中被框住的矢量,就以矢量都在一个平面内,小考虑零轴分量,将每个小六所选定中心点为原点,组成了一个与图2相同的两边形平移到中心小六边形的位置,即中心点移到也电甲空间矢量分布。从图7也可以看出,在Ⅱ一口平标原点,三电平空间矢量分布就简化为一个两电平面上存在一些冗余矢量,即在同一位置有多寸一个空间矢量分布。
矢量可供选择。根据这些矢量零轴分量的值.从中选择与中心点相对位置符合两电平分布要求的矢锈黪
量。存其余的小^边形区域中,运用相似的处理方法、可以保证在三维空间中每一个小六边形区域中心点移到坐标原点后空间矢量分布都与两电平系统中一致,只是矢量大小是两电平的二分之一。从而证明,三电平三维空间矢量分布也可以被简化为个两电平三维空间矢量分布。
3
三电平逆变器中的三维空间矢鼍调制
三电甲-系统中的空间矢量调制,其基本思路是
在一个控制周期内,选择与参考电压欠量相邻的开关矢量各自作用一定的时『自】片,使得各开关矢量的
艄仁糍勰坚
图7小六边形区域1的变换
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vector
conversion。fHexa90“
万
方数据
作用效果在平均伏秒意义r与参考电压矢量相等。本文所提出的三电平三维空间矢量调制方法,希望将三电平的矢量调制化简到与两电平等价的小六边形区域中,用两电甲‘空阻1矢量调制的方法确定与参考电压矢量相邻的扦关矢量及其作用时间。
要化简三电甲空间矢量调制,首先要根据参考电J玉欠量在d一口空问的位置,选择一个小六边形区域。虫¨图6(a)所示,相邻的小六边形区域存在重叠的部分.在蕈叠区域,可以任意选择2个小^边形巾的一个,也町以选择图6(b)所示的划分片法。
然后根据所选的区域,将参考电压矢量u。分解为平移矢量和两电平参考电压矢量U誓两部分,其中平移矢量的顶点即是所选定小六边形区域的中心点,参考电压矢量减去平移矢量得到的就是新的两电平参考矢量.新的两电平参考矢量以小六边形区域的中心点为起点。图8中以参考电压矢量处于图6(a)中编号为l的小六边形区域为例,给山d一口坐标下电雕参考矢量分解示意。图9所示的足二维d一目一O坐标下的参考矢量分解示意图。得到新的两电平参考矢量后,就可以利用两电平二维空间矢量调制方法在小六边形区域中选择与参考电压矢量相邻的开关矢量,并计算其作用时间,从而得到实现二兰电平宅间矢量调制所需要的时问参数。
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图9Ⅱ一日一{)=维空l可中电』盘的分解
参考电压矢量分解Fig.8
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d一8—0fhme4仿真结果
根据图l所示的系统结构,在MaⅡab中仿真。利用三相四线系统中的瞬时无功理论”一汁算参考电流,电流参考值与实际负载电流之问的差就是要补偿的电流信号.称为跟踪电流。将跟踪电流与实际j丰人系统的补偿电流进行比较,就可以得到控制逆型器动作的电流信号,并进一步求出参考电压矢量。随后利用所提出的三维空间矢量调制方法控制中点引出式i相并联逆变器补偿电源侧电流谐波和中线电流,验证所提出方法的有效性,仿真中开关频率控
制为5kHz;
万
方数据图10所示是负载侧的电流波形(讥,吐n,“,“).图1l是采Hj空间矢量控制补偿以后的电源侧电流波形(im氐,斌,is、)。比较图10和图ll,可以看出三相电流谐波人为减少,中线电流也得到了补偿二图12
所示足使用二维d邙一0滞环控制方法”】在10
kHz歼
关频率下得到的补偿结果(图中蠢,j。i。,i。。分别
为a,b,c相电流及中线电流)。表7是分别运用两种控制方法补偿前后j相电流的谐波含量(rHD)。比较图1l和图12可以看出应用三维空间矢量补偿后波形更为平滑,谐波含量也更小。
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图10负载侧的电流
Fig10Theloadrunent
表7电流谐波含量比较
Tab
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电流—■———i—————一
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34173417338334334438
446
440
5结论
本文提出了一种可以应用于三相四线系统中许联电能质量补偿器的二三电平三维空间矢量调制疗法。这种新型控制方法,通过对于参考电压矢量的平移与分解,将三电平问题化简刘一个两电甲三维矢量分布空间,利用两电平三维空间矢量控制方法求解开关矢量作用时间,大大简化了三电平空间矢量调制的算法。应用该方法控制三电平中点引出式逆变器,可以实现同时补偿三相四线系统中电流谐波、无功和中线电流。通过与三维Ⅱ一口一O滞环控制方法比较,证明该控制方法有开关频率低,补偿敏果好的优点。
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图11补偿后电源佃{电流(5kHz空间矢量控制)
图12补偿后电源侧电流(10suu“㈣rren£after
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(1.UniversityofMacau,Macau,chin8;2.Tsi“ghuaUniversity,Be巧ing100084+China)
Abstract:ControIlechniqueisneededto
imprdvethecompensatiollofpowe‘qualitywith
conVeners.
A3一Dimensionalspace
VectorPWM(3DSVM)conlml
technique
for
3-Level3-L£g
cente卜spJiL
Inverteri鼻pmposed.Di船rent
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conventional
2一DimensionalSVM
control
technique,it
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on
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K吖words:
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3一levelcenter-8plit
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three—p}Iasefour-wiredsystem;
3nSVM
万
方数据
三相四线系统并联电能质量补偿器的新型控制方法
作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):被引用次数:
戴宁怡, 黄民聪, 韩英铎
戴宁怡(澳门大学科技学院,澳门), 黄民聪,韩英铎(澳门大学科技学院,澳门;清华大学电机工程与应用电子技术系,北京,100084)电力自动化设备
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