论文级联H桥APF直流侧电压控制系统仿真是关于级联方面的的相关大学硕士和相关本科毕业论文以及相关级联和串联区别论文开题报告范文和职称论文写作参考文献资料下载。
摘 要：针对级联H桥有源电力滤波器的特点,提出一种用MATLAB/Simulink 元件库中的电力电子器件建立闭环控制系统的仿真模型.仿真模型的谐波电流检测算法采用基于瞬时无功功率理论的ip,iq法,调制方式采用载波移相调制方式.文章重点针对级联H桥有源滤波器的直流侧电压的稳压和均压问题,提出了和电网侧交换能量的相间稳压方法和叠加调制波的同相电容均压方法,仿真结果证明了该方法的正确性.
关键词：有源电力滤波器；级联H桥；直流侧电压；载波移相；谐波检测
中图分类号：TM761 文献标识码：A 文章编号：1672-4437（2015）02-0052-04
0 引 言
这些年来,随着各种电力电子器件的广泛应用,产生了大量的谐波和无功电流注入电网,对公用电网的供电质量和用户设备的安全运行造成严重的影响.各种针对谐波检测和抑制的技术不断提出并得到一定程度的应用,特别是有源滤波器的提出和应用,对谐波抑制起到明显的效果.多电平变流器能够直接输出高压而无需变压器的连接,因而大功率场合中受到越来越多的重视[1,2].相对于二极管钳位型多电平变流器和飞跨电容型多电平变流器,级联H桥型多电平变流器所需的元器件数目最少,具有较易实现、高可靠性、低谐波和畸变小等优点,是现阶段大功率、高电压等级变流器领域研究的热点.
载波相移SPWM技术可以在较低的器件开关频率下实现较高开关频率的效果,不但使SPWM技术应用于特大功率场合成为可能,而且在提高装置容量的同时,有效地减小输出谐波,提高整个装置的信号传输带宽,是一种非常适用于大功率APF的开关调制策略[2,3].
H桥级联多电平变流器的直流母线电压稳定均衡控制是H桥级联多电平拓扑的研究重点和难点之一,它直接关系到变流器交流侧输出波形质量、变流器单元的有功和无功出力、变流器开关管的电压和电流应力以及变流器的动态响应速度,甚至有可能造成变流器的闭锁,大大限制了H桥级联多电平变流器性能的发挥.文献[4-10]都开展了对H桥多电平变流器控制策略的研究.文献[4]提出一种在直流母线侧附加平衡电路的方式实现直流母线电压的平衡控制,该方法高效、可靠,且控制精度高,但每个H桥变流器需要增加一套平衡电路,不仅增加了装置体积,而且提高了装置整体成本.文献[5]提出通过对交流侧电压相角的调节达到均衡直流母线的目的,由于在特定的场合,交流侧电压相角的调节范围很有限,且相角调节对有功出力非常敏感,要实现直流母线电压的动态均衡非常困难.文献[6]从有功功率和无功功率的基本物理意义出发,提出一种基于正负序电流分离解耦控制的通用 直流母线电压均衡控制方案,该方法可以很好地解决 H 桥级联多电平变流器直流母线电压稳态及动态均衡问题,但是运算方法较为复杂.
本文所仿真的H桥有源电力滤波器采用载波相移SPWM技术,在上述论文的基础上提出一种基于和电网侧能量交换的每相总电压稳定方法和基于叠加调制波的单个电容间的电压的均衡方法.仿真结果表明,该控制策略可以实现直流侧电压的稳定和均衡,可以有效、准确地补偿负载谐波电流.
1 基于级联H桥的有源电力滤波器的电路拓扑
基于级联H桥型多电平变流器的并联APF的电路拓扑如图1所示（以五电平为例）,不仅能满足大功率的补偿要求,且使系统结构简单、控制方便、可靠性高.负载为电流源型不控整流器,级联H桥型变流器直接接入电网和负载并联.图中iS为交流网侧电流,iL为负载电流,iC为APF补偿电流,Uxy为x相第y变流器单元的直流侧电压（其中 x等于a,b,c；y等于1,2）.显然
APF 系统的工作原理为：通过谐波和无功检测电路得到负载电流iL的谐波和无功分量,将其取反即得到级联H桥型变流器的指定电流iC*；构造交流侧反馈控制,使得级联H桥型变流器的交流侧电流iC准确地跟踪iC*,从而实现对负载电流iL谐波和无功分量的补偿,使得电网电流的波形接近正弦并使网侧功率因数达到单位功率因数.另外,为了使电路能够正常工作,各变流器单元的直流侧电压应该保持均衡；同时为了补偿系统本身的损耗,APF需要从电网吸收少量的有功功率,为此对直流侧进行反馈控制.整个系统的控制框图如图2所示.
文献[2,3]对载波相移SPWM技术（CPS-SPWM）消除和抑制谐波的数学原理进行了详细介绍,证明了CPS-SPWM 技术可以在相当低的器件开关频率下达到较高等效开关频率的效果,在大功率APF中有良好的应用前景.谐波和无功检测采用文献[11]所介绍的基于瞬时无功理论下的谐波检测方法,能够准确实时的检测出负载电流中的谐波电流.
2 直流侧电压控制系统
2.1 三相电压的平衡控制
三相电压平衡控制的结构框图（以A相为例）如图3所示,整个控制的目标是保持各相中电容电压的和在参考值Uref附近.
基本思想是同相内的两个电容电压的和和参考电压的偏差经PI调节后和各相电压的单位正弦波相乘然后叠加到各相的参考电流中.即通过在各相参考电流中注入有功电流的方法来使得交直流侧发生功率交换,进而维持三相电压的平衡,因为在三相三线制系统中,由于三相电流之和为零,所以三相电流并不独立,所以B相的参考电流也如上图原理一样,但是C相电流直接为A,B两相电流和的相反数.
2.2 同相电容电压的平衡控制
同相电容电压的平衡控制即同一相的两个级联H桥的直流侧电容电压的平衡控制.在稳态时直流侧电容电压的平均值如下[9]：
其中Mj为调制比,Mj3为3次谐波分量调制比,γj为3次谐波分量和基波分量的相位差,?j为由于各单元逆变器驱动脉冲延时导致的输出电压基波相位误差混合型损耗和并联型损耗分别用受控电流源 kjI（j等于1,等, n）和电阻 Rj（j等于1,等, n）表示.从式（2）可以看出稳态直流电压分配仅和并联损耗、开关损耗、调制比、脉冲延时的差异及三次谐波电流有关,和电容容值无关.
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参考文献：
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