论文H桥级联型APF直流侧电压平衡控制是大学硕士与本科级联毕业论文开题报告范文和相关优秀学术职称论文参考文献资料下载，关于免费教你怎么写级联和串联区别方面论文范文。
摘 要：H桥级联型有源电力滤波器能够稳定工作的前提是各个直流侧电容电压均衡.由于各H桥单元的差异等原因,直流侧电压的不平衡不仅影响APF的谐波电流补偿效果,而且影响其安全运行.针对级联APF和电网之间的功率交换模型和补偿谐波电流的特征,通过控制APF输出五次零序电压来实现三相之间电压均衡、输出基波正序有功电流实现全局稳压.通过在相内每个H桥交流侧叠加有功电压矢量实现相内电压均衡,最终实现每一个直流母线电压的均衡稳定.同时H桥级联APF补偿谐波电流,降低网侧电流畸变率,低压环境下的仿真和实验结果验证了控制策略的有效性,为级联APF向更高电压等级场合的应用提供了基础.
关键词：五次零序电压；电压均衡；有功电压矢量；总谐波失真
中图分类号：TM 721.1；TM 46
文献标志码：A
文章编号：1007-449X（2018）01-0077-09
0 引 言
有源电力滤波器能够对电网的谐波和无功电流进行动态实时补偿,提高电网电能质量.H桥级联型多电平拓扑[1-2]能够降低输出电压谐波、提高等效开关频率,针对不同的电压等级便于模块化扩展,其在APF场合的应用得到广泛的关注.
级联型APF各H桥直流母线互相独立,运行时开关损耗、输入脉冲延时和母线电容参数差异[3-6]等会导致直流侧电压不均衡,影响APF的安全稳定运行.目前H桥级联APF直流侧电压均衡控制主要从软件和硬件上解决.硬件上通过和外部电路进行能量交换实现电压平衡,文献[7]分别提出基于直流母线和交流母线能量交换的直流电压平衡策略,实现起来简单可靠；但电路复杂,系统成本大大提高.软件上的电压平衡算法主要针对相间和相内[8-11]2个层次,在相间平衡方面：文献[8]在每相中加入一个电压控制环,通过修正有功功率来控制电压平衡,但该方法不仅引入基波负序电流,也引入了基波正序无功电流；文献[9]通过APF输出基波零序电压调节各相吸收的有功功率,但APF主要补偿谐波电流,基波电流比较小,因此基波零序电压的调节能力较弱.在相内平衡方面：文献[10]采用上下平移功率单元调制波的方法,虽然易于数字化实现,但直流侧有较大波动；文献[11]根据输出电压冗余状态来交换驱动脉冲实现电压均衡,但该过程开关频率不固定,且随着级联数增加,电压比较环节耗时较多.
三相桥式不控整流电路是产生电流谐波的主要源头,在三相三线制系统下,本文推导了级联H桥APF从系统中吸收有功功率的数学表达式,根据三相桥式整流电路产生6k±1（k等于1,2,3等）次谐波这一特征,在H桥级联APF补偿谐波时,提出向级联APF输出交流电压中注入高次零序电压的方法来调节各相吸收的有功功率（具体实施是注入五次零序电压）,实现相间电压均衡；相内电压均衡方面,在每个H桥叠加输出和补偿电流同相或反相的电压矢量,控制直流侧吸收或释放有功功率；通过输出基波正序有功电流稳定所有直流侧电压的平均值,电压的 控制最终将每一个直流侧电压维持在给定值附近.
1 直流电压平衡 控制方法
图1为星形连接的H桥级联型APF的主电路拓扑.APF的直流母线电容彼此分散独立,其电压的不均衡直接体现在单位时间内充放电量.APF补偿的谐波电流只会造成直流侧电压波动,而不会使电压向高低两极发散.
电压 平衡控制的本质是在总功率一定的情况下,针对各H桥损耗的不同,在相间和相内进行功率的再次分配,实现相间和相内的电压均衡,其控制结构如图2所示.Udc、Udcx（x等于a,b,c）分别表示所有直流侧電压平均值和相内电压的平均值,ΣUdcx表示相内电压之和,Udcxn为H桥直流母线电压,Ucxn为最终每个H桥的逆变侧电压.以下阐述 控制的原理.
1.1 相间均压控制
单相桥式整流电路产生奇次谐波电流,三相桥式整流电路产生6k±1（k等于1,2,3,等）次谐波电流,该电路应用非常普及,也是产生电流谐波的主要源头.阻感负载的三相桥式整流电路忽略换相过程和电流脉动的影响,触发角为0°时A相负载电流iLA如图3所示.
1.2 总体电压控制
总体电压控制的目的是为直流侧提供能量支撑、补偿直流电压损耗.由式（7）可知,通过输出基波正序有功电流来控制注入直流侧的总有功功率,进而将所有直流电压的均值维持在给定值.
总体电压控制结构如图6所示.在电流跟踪控制中,经dq变换后坐标轴上的电流为直流+高次谐波电流,若控制器采用PI、PR,则存在较大的稳态误差,因此本文采用重复控制器RE.
RE是基于内模原理而提出的一种控制方式,对周期性指令信号具有很好的跟踪效果,其基本控制结构如图7所示,图中S（z）为补偿器,为系统提供幅值以及相位补偿,使得重复控制能够稳定运行,G（z）为受控对象模型,d（z）为周期性扰动[12].
重复内模伯德图如8所示,由于重复内模的存在,使得重复控制对于基波以及各次谐波能提供超过30 dB的高增益,和此同时不会导致相位超前或滞后,内模的差分方程形式为
c（k）等于e（k）+Q（z）c（k-N）.（15）
为提高系统稳定性Q（z）通常取小于1的常数,这里Q（z）等于0.97.
1.3 相内均压控制
相内均压控制是在总体稳压和相间均压的基础上,在相内各H桥交流侧叠加一个和该相的补偿电流同相或反相的电压矢量,改变流入或流出H桥的有功功率,调整直流侧电压高低.令补偿的电压矢量为
ΔUcxi等于ΔUdcxikpix.（16）
其中,ΔUdcxi等于Udcx-Udcxi,由于模块扩展时PI调节器占用的片内资源和耗时较多,这里选择比例调节器,比例系数为kp,iX（X等于a,b,c）为APF输出各相的补偿电流.一个基波周期内对H桥输入电流和补偿电压积分求功率调节量为
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