基于Lyapunov函數的NPC型三電平SAPF非線性控制策略

程啟明, 李 濤, 張 宇, 程尹曼, 譚馮忍, 高 杰

(1. 上海電力學院自動化工程學院, 上海市 200090; 2. 上海市電站自動化技術重點實驗室, 上海市 200090;3. 同濟大學電子與信息工程學院, 上海市 201804)

0 引言

近年來,整流、變頻裝置的廣泛使用和半導體非線性負荷的快速增加,使得電力系統面臨著越來越嚴重的諧波污染問題[1]。采用并聯型有源濾波器(shunt active power filter,SAPF)對電網的諧波進行動態實時補償,已成為最有效、最具前景的途徑之一[2]。

三電平SAPF相比于傳統的兩電平SAPF有許多優點,例如具有較低的開關頻率和損耗,耐壓,在較高電壓系統中獲得了應用等[3]。三電平SAPF的拓撲結構主要有中性點鉗位(neutral-point clamped,NPC)型、飛跨電容型和級聯H橋型[4],其中NPC型所需的直流側電容數量和所需解決的直流側電壓不平衡問題最少、魯棒性最好[5]。目前,國內外的研究大多是基于三相三線制以及單相半橋系統,而對于三相四線制系統的研究則較為有限[6]。但三相四線制系統增加了對零序分量的處理,不僅能對三相平衡系統的諧波和無功功率進行補償,而且能對電網不平衡時非線性負荷產生的零序諧波分量進行補償[7],因此本文選擇三相四線制NPC型三電平SAPF作為研究對象。

NPC型三電平拓撲結構雖具有許多突出的優點,但中點電壓不平衡也是其固有的缺陷[8]。中點電壓波動會降低系統的穩定性,嚴重時甚至會使系統無法正常工作,因此必須對其進行控制。通過調節空間矢量脈寬調制(space vector pulse width modulation,SVPWM)算法中的正負小矢量的作用時間即可實現中點電壓平衡控制[9]。……