利用空间矢量方法分析并联型有源电网调节器的电流可控性

　　1　引言

　　Sasaki和Machida于70年代初就提出用有源滤波器业补偿电力系统中的谐波。然而有源滤波器进入实用阶段还是在电力电子和微电子技术获得迅速发展的80年代。目前,有源补偿技术在电力系统中不仅被用于抑制谐波、补偿无功,而且被用于补偿闪变和改善电压稳定性等,已成为柔性交流输电系统(FACTS)的一项关键技术。因此,将有源滤波器称为有源电网调节器(APLC)更合适[1]。

　　APLC的控制策略和其特性密切相关。近十多年来有关APLC控制策略的讨论,一般都着重于需补偿量的观测[2,3],而对于需补偿量给定后的跟踪控制讨论较少。而实际上,对给定量的跟踪能力或可控性,将直接影响APLC最终能达到的补偿性能。为此,本文就图1所示并联型APLC在完成建模后,用空间矢量方法分析其电流可控性,并讨论APLC参数选择对电流可控性的影响。最后用仿真方法验证分析所得结果的有效性。

　　2　并联型APLC的数学模型及其空间矢量表示

　　在图1所示的并联型APLC系统中,补偿对象被假定为一个三相晶闸管桥式变换器, APLC的主回路采用电压型逆变器,其输出端接有电感电容组成的滤波电路。如果忽略IGBT、二极管的通态压降,则可以将它们合为一体,等效为一个理想双向开关。这样,APLC的主回路可简化为如图2所示的一个开关系统。

　　逆变器正常工作时,有8种开关模式,见表1。根据图2,可推得逆变器开关处于不同模式时的三相电路状态方程为

　　3　有源补偿装置可控性分析

　　根据式(4)和表1,可画出不同开关模式时逆变器输出电压矢量vk,见图3。

　　3.1　并联型APLC的电流可控条件

　　通过三相坐标原点作三坐标轴垂线如图3中虚线所示。观察图3可见,始于原点的空间矢量其终点落在某轴垂线上时,该空间矢量的该轴分量为零。也就是说各轴垂线将坐标平面分成该轴分量异号的两部分。由此可知,当选择开关模式使Δic终点位于图3中v4所示阴影区域时,相应的Δica>0,Δicb<0,Δicc<0,把此阴影区域编为4区。类似地可以划分1至6区。无论采用何种电流控制策略,只有当开关控制使得ic能很好地跟踪i*c,或者说开关控制能使Δic趋近于零,才认为ic是可控的,即当开关控制能使Δic满足以下条件时ic被认为是可控的

　　3.2　电流可控区域划分

　　为判断各种开关模式下ic的可控性,需要进一步分析Δic处于各区域时dΔic/dt的符号是否满足式(10)。以区域4为例进行分析。根据式(9),作矢量三角形如图4所示,可见v4终点正是矢量LdΔic/dt的始点。通过v4终点分别作a、b、c轴垂线,见图4。如图所示垂直于b、c轴的垂线正好分别通过矢量v1,v2终点。与上述分析原理类似,可知图中阴影所示4①区域同时满足dΔica/dt<0,dΔicb/dt>0,dΔicc/dt>0,所以当Δic处于该区域时,如采用v4开关模式控制,因条件式(10)得到满足,ic是三相完全可控的。