三电平有源滤波器控制系统研究

由于功率器件耐压水平的限制,传统两电平拓扑结构有源滤波器难以实现对高压非线性负载的谐波补偿。多电平技术由于具有降低开关管耐压值,减小开关管电压应力,改善输出波形质量,提高系统的电压和功率等级等优点,近年来越来越广泛的应用于高压大功率领域。目前,在高压大功率领域中,二极管钳位型三电平变换器是研究最多,应用最广的一种多电平拓扑结构。 本文对这种有源滤波器进行理论分析,建立了三电平有源电力滤波器在三相静止ABC坐标系下的数学模型,并通过坐标变换,得到同步旋转dq坐标系下的数学模型。为了对有源滤波器输出电流波形进行控制,本文在无差拍控制基础上,采用重复预测型观测器,对指令电流进行预测,可以在相同的采样频率下提供更为精确的谐波电流预测值,因而可以改善整个系统的控制效果。 三相指令电压可以合成一个旋转的空间电压矢量。本文介绍了如何通过空间矢量PWM调制方法获得空间电压矢量,从而获得三相指令电压的问题。并介绍了一种减小开关损耗的方法。在空间矢量PWM调制方法的基础上,本文分析了各开关状态对中点电位的影响,在理论分析的基础上,采用一种只需检测各相电流和中点电压波动的方向即可实现中点平衡控制的方法。 本文采用一种当谐波电流超出滤波器自身容量时,能根据自身容量大小合理补偿谐波电流的容量限制输出算法。这样有源电力滤波器即使在过载情况下也工作得很好,使有源滤波器的容量扩充变得十分方便。 本文设计了一套用TMS320F2407DSP控制的三电平有源滤波器实验样机。样机的实验结果表明,该有源滤波器很适合应用于高电压、大容量谐波补偿。