２０１０年第１９期 ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ０电力与能源。 科技信ＪＩ 基于３ＤＳＶＰＷＭ调制的三相四线制 有源滤波器仿真研究 周睿’程超然 孑Ｌ令军’ （１．中国矿业大学信电学院江苏徐州 ２２１００８；２．山东华聚能源公司东滩矿电厂 山东 邹城２７３５００） 【摘要】详细推导了３Ｄ－ＳＶＰＷＭ空间调制技术，介绍了三维空间中电压矢量的分布以及空间矢量脉宽调制的实现方法。利用ＭＡＴＬＡＢ／ Ｓｉｍｕｌｉｎｋ构建了电容中点式有源滤波器的补偿模型。对建模过程中的难点给出了必要的说明．最后分析仿真波形验证了３Ｄ—ＳＶＰＷＭ控制策 略的有效性。 【关键词】３Ｄ—ｓｖＰｗＭ；脉宽调制；空间矢量；有源滤波 Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ３ＤＳＶＰＷＭ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｈｒｅｅ—ｐｈａｓｅ Ｆｏｕｒ－ｗｉｒｅ Ａｃｔｉｖｅ Ｆｉｌｔｅｒ Ｓｈｎｕｌａｆｌｏｎ ＺＨｏＵ Ｒｌｌｉ０ ＣＨＥＮＧ Ｃａｏ－ｒａｎ ＫＯＮＧ Ｌｉｎｇ－ｊＵＢ （１．Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｕｚｈｏｕ Ｊｉａｎｇｓｕ，２２１００８，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｈｕａｊｕｎｅｎｇｙｕａｎ Ｄｏｎｇｔａｎｋｕａｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｐｌａｎｔ，Ｚｏｕｃｈｅｎｇ Ｓｈａｎｄｏｎｇ，２７３５００，Ｃｈｉｎａ） ［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｄｅｔａｉｌｅｄ ｄｅｒｉｖａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ３Ｄ——ＳＶＰＷＭ ｓｐａｃｅ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｈｒｅｅ—－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｓｐａｃｅ ｖｏｌｔａｇｅ ｖｅｃｔｏｒ ｏｆ ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｐａｃｅ ｖｅｃｔｏｒ ＰＷＭ ｍｅｔｈｏｄ ａｒｅ ｖｅｎ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ． ＭＡ１１－ＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｂｕｉｌｔ ｍｉｄ—ｐｏｉｎｔ ｏｆ ａｃｔｉｖｅ ｐｏｗｅｒ ｆｉｌｔｅｒ ｃａｐａｃｉｔｏｒ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｍｏｄｅ１．Ｄｉｆｉｃｕｌｔｉｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｒｅ ｇｉｖｅｎ ｔｈｅ ｎｅｃｅｓｓａｒｙ ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓ．ｔｈｅ ｆｉｎａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｗａｖｅｆｏｒｍｓ ｖａｌｉｄａｔｅｓ ｔｈｅ ３Ｄ—ＳＶＰＷＭ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｉＳ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ． 【Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ】３Ｄ—ＳＶＰＷＭ；Ｐｕｌｓｅ ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ；Ｓｐａｃｅ ｖｅｃｔｏｒ；Ａｃｔｉｖｅ Ｐｏｗｅｒ Ｆｉｌｔｅｒ Ｏ序言 ２ ３Ｄ—ＳＶＰＷＭ控制策略 由于三相四线制电力系统在生产和生活中的广泛应用．使用三相 在图３—７并联型三相四线制有源电力滤波器电路中。直流侧零线 四线制有源电力滤波器改善系统中的谐波越来越受到人们的重视。而 与系统中线连接。假定上半桥臂和下半桥臂电容电压分别为 Ｉ＝￡ ＝ 三相四线制系统中零线的存在，使系统中有源电力滤波器主电路及控 。由于系统直流侧零线与系统中线相连接，则某相桥臂导通时，该相 制电路的构成与三相三线制系统时有所不同，对零线电流补偿方法的 桥臂中点电压即为 ；若该相下半桥臂导通，则该相桥臂中点电压即 不同也产生出不同的主电路结构形式和控制方式。其中电容中点式有 为一 ，依此可定义开关函数为： 源滤波器由于使用较少的电力电子器件，简化了触发脉冲的设计和系 统成本。是当前研究的重点。 ｓ：ｆｌ ＿１下桥臂导通， 。６， ｃ （ｔ Ｊ２） 在三相三线制系统中．补偿方法一般采用二维空间矢量脉宽调制 桥臂中点电压即为： （２Ｄ—ＳＶＰＷＭ）技术，但它无法解决三相四线制系统的中线电流问题，这 Ｖｊ＝Ｖ￣ｊ ｊ＝ａ，ｂ，Ｃ （３） 使得三维空间矢量脉宽调制３Ｄ—ＳＶＰＷＭ（Ｔｈｒｅｅ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｓｐａｃｅ 此时利用ｄ— 一Ｏ坐标系变换： Ｖｅｃｔｏｒ Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）技术应运而生。 １一． １ ｌ ２ １ 电容中点式有源滤波器数学模型 ０ 、／３ ２ 々 （４） １ １ １ ｉ 、／２ 并将式（３－１６，）代入，可得卿坐标下的瞬时电压矢量为： 叫 ） ㈤ 其中： ｆ１ １ 一一＆ １ （６） ＼Ｓｏ＝ｓ ｓ ｓ： 图１ 电容中点式有源滤波器拓扑结构 由（３）、（６）可列出三维空间电压矢量的开关参数如表１所示。 表１ 三维空间电压矢量开关参数表 ‘ ￡旦≥： 一￡ 一 ｄｔ 开关函数 电压矢量 兰 ： 乩一 ＆ Ｓｃ ＆ ｄｔ １ １ 一ｌ 一１ ２ Ｏ －１ ￡兰 ＝ 一 ：一 （１） ２ ｌ １ —１ ｌ ２ ｌ ｄｔ 一１ Ｉ 一１ 一ｌ ２ 一ｌ ｃ。 ＝ —ｌ １ ｌ －２ Ｏ １ ｃ２旦 ＝（１一 （１～ 州１ ｌ —ｌ ｌ —ｌ －２ —１ 其中，如，如和 为ＡＰＦ输出电流； 和 为定义的开关函数； ６ ｌ —ｌ １ ｌ －２ １ 和 为电网电压；￡为ＡＰＦ输出电感。采用ｐａｒｋ变换，得到同 １ １ １ ０ Ｏ ３ ， 步旋转由。坐标下的数学模型 ｌ 一１ —１ ０ ０ －３ 科技信息 ０电力与能源Ｏ ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ２０１０年第１９期 由以上开关参数表可画出电压矢量ａ—口一０坐标系中的分布图，如 图２所示。显然，ｄ 一０坐标系中， Ｏｐ（１１ｌ１１）和ＶＯｎ｛－ ， 两个零矢量分 别指向零轴的正向和负向，即８种不同的开关模式对应有８个不同的 空间矢量： ８ ￡ ：一 Ｖ／３ ２Ｖ２ Ｍ１Ｖａ－：一 Ｖａ＋Ｖｆｌ一 ——．７ 一２、／２ ．８ 吉 一Ｘ／３ Ｖａ－Ｖｆ２、／２ 一 旦 ．Ｖ￣－ＶＩ３＝９ ￡ 一 ２Ｖ２ 、／２ ｆ 一 Ｍ４１０ ，￡ ｆ，（０， １ ～ ± ２Ｖ２ ± 旦一 ，Ｍ６１２ ， ２、／２ ．一 １１ ：＝ Ｖ３ Ｖａ＋Ｖ￣（Ｏ，ｏ，１） ０，ｏ，１） 图２三维电压空间矢量分布图 ２ｘ／￣－ 根据上式求出ｆ 和ｔ。后，按照欠调制和过调制两种情况分别计 的作用，参考 算式中各个矢量作用的时间ｔｋｘ，ｔｋｙ以及 ｏｐ和＇ｋＯｎ。 将其分解为 ０ｌｐ ＋ＶＯｎ 分量可 。在三维系统中，由于零矢量的 ‘’ 在三维空间矢量中，由于两个零矢量， （）ｐ和 电压矢量Ｖｒｅｆ以及调制周期 可表示为： Ｉ， ｜＝Ｉ， ＋ ＋ ｏ＋ ＝ ＋￡ … 其中：Ｖｏｔｏ＝Ｖｏ｝ｏ￣＋Ｖａｓｔ （７） 作用， ０Ｐ与ＶＯｎ的作用时间 ０ 和＇ｋＯｎ并不相等；由上式分析式 （８） （７）即可变为： （９） 电压矢量ｔ…ｔ与二维空间矢量系统中相同，即根据参考电压矢量 ｒｅ，在 平面上投影所在区间，从 到 中选择与参考电压矢量 ｆ ＝ ＾＋ ＋ 印 ＋ 与 （１７） 同时，式（７）还可表示为 ＝ ｈ＋ 印 印＋ ￡ （１ ８） 在欠调制情况下： ＝ 一 一￡ 一ｔ。且 ｋｘ＝ｔ．＇ｋｘ＝＇ｙ，则需要正向零轴补 ，相邻的两个空间矢量分别作为 和 ； 。是根据零轴分量即中线电 流的补偿要求来确定究竟是选择 Ｏｐ还是ＶＯｎ：比较二维和三维空 间矢量的表示方式，可以看出与三维系统中不同的是，在二维脉宽调 偿矢量时，此时 Ｏｐ－－ｔＯ， Ｏｎ＝Ｏ，故有 ｆ ， 制中，由于不须考虑中线电流的补偿问题．因此并不存在 。这个分 ｔｋ￣：ｔｏ４。 量，所有零矢量都包含在 分量中，但是 分量对补偿并不 产生任何作用，可以认为 ＝０。在三维 一０坐标系中，由于 是由Ｖ ， 以及 ０三个矢量共同作用而成，因此 ，也可表示为此三 个矢量的矢量和．即有： ＝ ０ （１０） ｛ Ｌ （１９） 】ｔｋｏ￣＝ ｆ ＝厶 当需要负向的零轴补偿矢量时，此时‰＝０，ｔｏｎ＝ｔ。，故有 由式（５）以及表１中的电压矢量参数，在图２所示区间１中 气 （２０） ｛ ＝ ０＋ （［２ ２一 ｎ 、／｝ｎｏ） （、／手ｎ ｌＶｏ＝Ｖ￣（±、／丁ｎ０’ 式中Ｖ。由于零轴分量补偿要求的不同，可有两种形式，即 在过调制情况下： ＜￡ ＋ ＋ ，同时取 ＝Ｏ，此时需按照欠调制情 （１１） 况下的时间比例，重新分配每个矢量的作用时间。 由以上各相作用时间来控制逆变器输出，即可实现对三相不平衡 电流以及谐波和中线电流的补偿。 ｆＶｏ＝Ｖ （、／３ ｎ０）正向补偿选择Ｖ 【Ｖｏ＝Ｖ （一、／３ ｎｏ）负向补偿选择 则由式（７）、（８）可有：Ｖ ＝ 式中： ３（１２） 系统仿真模型的组建 系统参数：线电压３８０Ｖ．系统阻抗Ｒ＝Ｏ．１ｎ，非线性负载为三相不 （ Ｗ ０） （１３） 控整流桥直流侧负载８电阻及Ａ相接单相不控整流桥，直流侧负载 ８ｎ电阻，逆变器直流侧上下电容电压为６００Ｖ，交流侧电感取值 １．５ｍＨ。 ＝ｚ、／手 、／｝ ： 、／ ｔ （１４） ｝ ｌＴｕ＝一—、—／ ：ｆ ＋—— ： ：＋（ Ｖ３－ｔ）ｏ ３ Ｖ ３ 比较式（１０）、（１３）可得： ａ＝ （ｚ、／手 、／手 ：） 争（ （１５） Ｖｄｃ（一去 古州 整理可有： ， １ 图３电容中点式有源滤波器原理 Ｏ ０ ｚ、／｝ 、／手 、／２ ｌ ±ｖｒ『 ㈡ ４仿真结果 图４是采用３Ｄ—ＳＶＰＷＭ的电容中点式有源电力滤波器对三相不 平衡电流补偿的情况，上图是补偿后的三相电流波形，下图是补偿前 的三相负载电流。可以看到补偿前ａ相电流由于负载不对称，大于ｂ、 Ｃ两项。在零时刻投入电力滤波器，两个周期内实现完全补偿，三相电 流对称，且畸变率达到２／以下。三相电流两两等幅处，有较小畸变脉 、／３ 由如上可以求出各扇区 作用时间如下 ２０１０年第ｌ９期 ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ｏ电力与能源０ 科技信息 冲，可通过负载前加平波电抗器消除。 ５结论 本文详细推导了３ＤＳＶＰＷＭ控制策略，对使用 ３ＤＳＶＰＷＭ的电容中点式有源滤波器进行了系统建模，结合 ｐ－ｑ—ｒ谐波检测法对其进行了仿真，对建模过程和仿真结果 中的具体问题进行了分析，仿真结果表明３ＤＳＶＰＷＭ控制策 略在三相四线制有源滤波器中有较好的补偿效果。 【参考文献】 ［１］范心明，程小华．三维空间矢量脉宽调制方法的研究．防爆电机 ２００７年第２期．２１—２４． ［２］杨朝辉．并联型有源滤波器直流侧电压控制［Ｄ】．山东大学 ２００８．５． 图４补偿前后的三相电流波形 ［３］周铭秋．并联有源滤波器的补偿控制策略研究【Ｄ］．武汉科技大学，２００８，５． ［４］王兆安，杨君，刘进军．谐波抑制和无功功率补偿［Ｍ］．机械工业出版社，１９９８． 图５是投入有源滤波器前、后的中线电流波形。补偿前中线电流 ［５］张兴．ＰＷＭ整流器及其控制策略的研究［Ｄ】．合肥工业大学． 为峰值５０Ａ、频率５０ＨＺ的正弦电流，补偿后中线电流有效值降到４Ａ 以下，补偿效果良好。仿真初始阶段中线电流峰值较大，是由于直流侧 作者简介：周睿（１９８６一），山东邹城人，中国矿业大学信电学院硕士研究 电容电压需要一定时间才能稳定在设计值。 生．研究方向电力电子与电力传动。 程超然（１９８６一），山东邹城人，助理工程师，兖矿集团华聚能源 公司东滩矿电厂．研究方向电力电子。 孔令军（１９８１一），湖北恩施人，中国矿业大学信电学院硕士研究 生．研究方向电力电子与电力传动。 ［责任编辑：翟成梁］ 图５补偿前后的中线电流 （上接第４１４页）３绪论 （２】：３９＿４１． ［４］建设部，国家环保总局科技部．城市生活垃圾处理及污染防治技术． 根据我国的实际情况，卫生填埋将是我国今后城市生活垃圾处置 ２０００，６． 的主要手段。从目前对环境的影响状况看，填埋气体的危害是垃圾填 ［５］陈家军，等．垃圾填埋气用作车辆燃料资源化现状及发展前景．城市环境与城 埋场中仅次于渗滤液的主要污染。应当在填埋场尤其是大型填埋场的 市生态，２０００，１３（２）：１４—１６． 建设过程中．配备填埋气体收集装置，逐步实现填埋场填埋气体资源 ［６］时景丽．促进城市生活垃圾填埋气体资源化的有关问题阴．中国能源，２００２， 化利用，从而避免其对环境的污染。 （９）：２４—２６． ［７］路国强．中国清洁发展机制大会会议资料：清洁发展机制（ＣＤＭ）项目开发． 【参考文献】 ２００５，１０． ［１］时景丽，王仲颖，等．我国垃圾填埋场填埋气体排放和回收利用现状分析． Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ａｐｐｒｏａｃｈ．２００２年第８期：２６—２８． 作者简介：吴珂（１９８１．３一），女，双学士，武汉市环境卫生科学研究设计院 ［２］张新亚．城市生活垃圾资源化处理与可持续发展．苏州城建环保学院学报， Ｉ程师。 １９９９，１２（３）：７３—７７． ［３］高光，等．城市垃圾处理与管理对策研究【Ｊ］．城市环境和城市生态，２０００，１３ ［责任编辑：常鹏飞］ （上接第４１６页）３洞桥香榧的施肥现状及施肥技术探讨 ４讨论 ３．１洞桥香榧的施肥现状 ４．１香榧作为洞桥的特色农产品，应加以引导，扶持，同时加强基地 从我们在洞桥香榧基地２５户农户对香榧的施肥情况调查看：由 建设及品牌建设，使这一区域特色产品不断壮大。 于香榧主要种在山坡地上，有机肥运输不方便，农户香榧施肥主要以 ４．２从香榧的土宜性及适宜环境条件来考虑，洞桥具有种植香榧适 无机肥的投人为主，一般每株幼年香榧树施苗肥１～２次，株用进口三 宜的土壤条件、气候条件及环境条件。 个１５的复合肥１．８７—２．１４公斤，成年树一般每株施进１：３三个１５的复 ４．３香榧的生长期长，尤其是投产周期长，俗称“子孙树”，即父种孙 合肥８．０—１０．０公斤。 子享受．但通过生产管理，完全可以缩短投产期，如通过幼树的施肥， ３．２施肥对香榧生长和品质影响 加快其营养生长，加大树势，另外，通过配施有机肥和化肥，可以增加 从我们的试验情况看：施肥影响香榧幼苗的营养生长，用施肥与 产量，改善品质，但具体的施肥技术及搭配比例需进一步研究。 不施肥对比，不施肥的香榧幼苗年生长量为１５～３０公分，而施肥的香 榧幼苗处生长量可达３Ｏ一４５公分，比不施肥的香榧幼苗高１５公分。施 作者简介：钟志￣（１９５９．４一），男，大专学历，Ｉ程师职称，从事林业技术应 肥也影响成年树的生殖生长，从我们的对比试验情况看，施肥能增强 用推广，现就职于浙江省富阳市洞桥镇林业站。 成年树的保果性，抗寒性增强，同时增强果粒重。单施土家肥的香榧其 香味比单施化肥的浓，１：３感脆，说明增施有机肥能增加油脂含量。 ［责任编辑：汤静］
