基于同步旋轉(zhuǎn)Park變換d-q法，實(shí)現(xiàn)三相全橋式DeIta逆

0 引言
??? 提高電能質(zhì)量、節(jié)能降耗是當(dāng)今電力系統(tǒng)急需解決的重大課題。最近幾年出現(xiàn)了一種電力電子應(yīng)用新技術(shù)，即。Delta逆變技術(shù)。這項(xiàng)新技術(shù)，是國(guó)際上正在廣泛研究的串聯(lián)、并聯(lián)和串并聯(lián)結(jié)構(gòu)補(bǔ)償電路的基礎(chǔ)，能有效提高電能質(zhì)量，因而引起了業(yè)界日益廣泛的關(guān)注。
??? 瞬時(shí)無(wú)功理論(日本學(xué)者赤木泰文于1983年首次提出)檢測(cè)原理的改進(jìn)方法一基于同步旋轉(zhuǎn)Park變換的d-q法，是目前諧波實(shí)時(shí)計(jì)算的主要方法，此法的特點(diǎn)是不僅簡(jiǎn)化了對(duì)稱無(wú)畸變下的電流增量檢測(cè)，而且也適用于不對(duì)稱有畸變的市電電壓檢測(cè)。因此文章對(duì)采用d-q法來(lái)實(shí)現(xiàn)三相半橋式Delta逆變器式交流凈化穩(wěn)壓電源進(jìn)行了研究，并給出了仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析。

1 Delta逆變器與瞬時(shí)無(wú)功理論
??? Delta逆變器是用電壓增量(電壓波動(dòng)值±Vu和諧波分量uh)或者電流增量(無(wú)功電流iq和諧波電流ih)做調(diào)制波或參考信號(hào)，對(duì)高開(kāi)關(guān)頻率PWM逆變器進(jìn)行控制的一種特殊方式、特殊用途的逆變器，其作用是對(duì)電壓增量或電流增量進(jìn)行補(bǔ)償。Delta逆變器工作在高開(kāi)關(guān)頻率線性PWM狀態(tài)，能夠基本不失真地比例復(fù)現(xiàn)電壓或電流增量的數(shù)值和波形；能滿足對(duì)市電電壓波動(dòng)值±Vu進(jìn)行正、負(fù)補(bǔ)償?shù)囊?；主要?yīng)用在交流凈化穩(wěn)壓器、無(wú)功補(bǔ)償與電力有源濾波器、電能質(zhì)量綜合補(bǔ)償器和串并聯(lián)補(bǔ)償式在線UPS等領(lǐng)域。
??? 三相瞬時(shí)無(wú)功理論是日本學(xué)者赤木泰文于1983年首先提出的，此后經(jīng)不斷研究逐漸得到了完善?，F(xiàn)已包括p-q法、ip-iq法和d-q法。p-q法最早應(yīng)用，是僅適用于對(duì)稱三相且無(wú)畸變的市電電網(wǎng)；ip-iq法不僅對(duì)電源電壓畸變有效，而且也適合于不對(duì)稱三相市電電網(wǎng)的檢測(cè)；基于同步旋轉(zhuǎn)Park變換的d-q法，不僅簡(jiǎn)化了對(duì)稱無(wú)畸變下的電流增量檢測(cè)，而且也適用于不對(duì)稱、有畸變的市電電網(wǎng)檢測(cè)。
??? d-q法是目前諧波實(shí)時(shí)計(jì)算的主要方法，此法的特點(diǎn)是不僅簡(jiǎn)化了對(duì)稱無(wú)畸變下的電流增量檢測(cè)，而且也適用于不對(duì)稱有畸變的市電電壓檢測(cè)，其基本原理如圖1所示。

瞬時(shí)三相電流或電壓通過(guò)如下的變換，變換到d-q坐標(biāo)上：
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??? 上式中，為d電流直流分量，與負(fù)載的有功功率相對(duì)應(yīng)；為q軸電流直流分量，與負(fù)載基波相位移的無(wú)功功率相對(duì)應(yīng)；d軸交流分量和0軸分量i0與負(fù)載基波不對(duì)稱及高次諧波無(wú)功功率相對(duì)應(yīng)。
??? 圖1中ia、ib、iv為三相輸入電流，iaf、ibf、icf為計(jì)算基波輸出電流，它們之差即為三相諧波電流iah、ibh、ich。
??? d-q變換是將靜止坐標(biāo)系中的相量變換到以基波角速度旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系中，變換后的信號(hào)與原信號(hào)頻率相差一個(gè)基波頻率，即50Hz。如果信號(hào)為典型的三相特征諧波1th(基波)、5th、7th等，則分別對(duì)應(yīng)于d-q坐標(biāo)系中的直流，4th、6th等。低通濾波器濾除所有交流諧波后，其直流成分通過(guò)d-q反變換(CT)即可得到基波電流。

2 電路組成結(jié)構(gòu)
??? 電路如圖2所示。它由主電路和檢測(cè)控制電路兩部分組成。主電路又分為三相開(kāi)關(guān)整流器和Delta逆變器兩部分。開(kāi)關(guān)整流器的主要作用是為Delta逆變器提供整流直流電源，并保持直流電容Cd上的電壓Ud恒定。直流電容起濾波儲(chǔ)能作用。采用開(kāi)關(guān)整流器的目的有兩個(gè)，一是保持市電輸入功率因數(shù)COSφ=1，并使輸入電流的波形接近于正弦波，以減小對(duì)市電的污染；二是可以使電能雙向流動(dòng)。Delta逆變器部分由三個(gè)單相Delta全橋逆變器及其輸出變壓器組成，其作用就是對(duì)市電電壓的波動(dòng)值Vu、諧波分量uh和三相不對(duì)稱度進(jìn)行補(bǔ)償。Delta逆變器部分所以采用三個(gè)單相Delta逆變器及其輸出變壓器，其原因有兩個(gè)：一是由于三相四線制的市電系統(tǒng)所帶的負(fù)載，多數(shù)情況下是不對(duì)稱的，必須用互無(wú)聯(lián)系的單相Delta逆變器獨(dú)立進(jìn)行補(bǔ)償；二是也可以提高三相四線制電源的可靠性，萬(wàn)一有一相出現(xiàn)故障，另外兩相還可以繼續(xù)供電。三個(gè)單相Delta逆變器都是可以雙向四象限工作的，以滿足對(duì)市電電壓波動(dòng)值±Vu的正、負(fù)補(bǔ)償。

??? 圖2中三相基準(zhǔn)正弦電壓uar、ubr、ucr經(jīng)過(guò)d-q變換得到和u0r。用低通濾波器(圖3所示)濾除諧波分量，即可得到d-q坐標(biāo)系中對(duì)應(yīng)于基波的有功和無(wú)功分量，和零序分量u0r，市電電壓ua、ub、uc亦經(jīng)d-q變換得到，用這兩組信號(hào)進(jìn)行減加運(yùn)算后可得；；。其中。反映的是基波電壓的波動(dòng)值，反映的是諧波分量，2u0r-u0反映的是三相電壓的不對(duì)稱度。故將udf、uqf、u0f進(jìn)行d-q反變換即可得到反映負(fù)載電壓基波波動(dòng)變化、諧波分量和三相電壓不對(duì)稱度的調(diào)制波電壓。然后用相應(yīng)的SPWM控制電路進(jìn)行控制，即可使負(fù)載上的電壓成為穩(wěn)定、純凈的正弦波電壓。圖3三階切比雪夫型模擬式低通濾波器

??? 圖3中的低通濾波器一般都采用三階切比雪夫型模擬式低通濾波器，按照?qǐng)D中給出的參數(shù)，其截止頻率為22Hz，誤差小于2．5％。濾波器的傳遞函數(shù)為：
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??? 仿真波形如圖示，圖4是補(bǔ)償前三相電壓的幅值是不平衡的，補(bǔ)償后三相電壓的幅值基本平衡了。 圖5是補(bǔ)償前三相電壓不平衡而且含有諧波，補(bǔ)償后三相電壓基本平衡，而且諧波含量也大大減少。

3 結(jié)論
??? 現(xiàn)今的電網(wǎng)工況是非常復(fù)雜和嚴(yán)酷的，電網(wǎng)中復(fù)雜的負(fù)載性質(zhì)使得電網(wǎng)存在功率因數(shù)低下、波形畸變、浪涌、相位丟失等不良境況。研究以及仿真結(jié)果表明，當(dāng)采用瞬時(shí)無(wú)功理論中的d-q檢測(cè)法及PWM控制方式時(shí)，在市電電壓不平衡并含有諧波的情況下，經(jīng)過(guò)瞬態(tài)電壓補(bǔ)償器補(bǔ)償后，可以使負(fù)載上的三相電壓平衡，并成為穩(wěn)定純凈的正弦波電壓。