CN104753064A - 三相四桥臂apf的零序电压脉宽调制方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供三相四桥臂APF的零序电压脉宽调制方法、装置及系统，包括根据三相四桥臂APF的A、B、C桥臂中点对N桥臂中点的电压的参考值，求取零序分量；三相四桥臂APF的计算N点对直流母线电容负极O点电压的参考值，以及N桥臂开关管控制脉冲占空比；求取三相四桥臂APF的A、B、C桥臂中点对直流母线电容负极O点的电压以及相应占空比。本发明将零序电压线性控制脉宽调制策略应用于三相四桥臂有源电力滤波器中，相对于传统3D-SVPWM策略具有实现简单，可降低计算延时和对主频要求的优点，能进一步提高三相四桥臂APF的响应速度和谐波补偿精度，节省硬件投资，对于提高三相四桥臂APF的工程实用化程度具有重要现实意义。

Description

三相四桥臂APF的零序电压脉宽调制方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及三相四桥臂有源电力滤波器的脉宽调制策略技术领域，尤其涉及一种三相四桥臂有源电力滤波器的零序电压线性控制脉宽调制技术方案。

背景技术

随着各种电力电子装置的应用越来越广泛，造成配电网电压和电流波形畸变严重，影响系统的安全稳定运行。在我国，380V低压配电网均采用三相四线制供电，三相四桥臂有源电力滤波器(Acitve Power Filter,APF)则是治理三相四线配电网中谐波及中性线电流过大的最有效手段之一。APF能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，且补偿特性不受配电网阻抗的影响，既可对一个谐波源单独补偿，也可对多个谐波源集中补偿，因而应用广泛。

目前三相四桥臂APF常用的脉宽调制策略为三维空间矢量脉宽调制(Three-dimensionalSpace Vector Pulse Width Modulation，3D-SVPWM)策略，该策略在由参考电压确定目标电压矢量的作用时间时，首先需要判断扇区和相应扇区投影内的四面体，然后进行24次矩阵求逆后才能计算出3个非零电压矢量的作用时间，最后换算成四个桥臂开关管控制脉冲的占空比，实现复杂且计算延时大，导致APF的谐波补偿效果不佳。

发明内容

本发明提出利用APF输出电压参考值的零序分量进行开关管控制脉冲占空比线性控制的脉宽调制策略，解决传统3D-SVPWM策略实现过程复杂，计算延时较大导致补偿效果不佳的问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为一种三相四桥臂APF的零序电压脉宽调制方法，所述三相四桥臂APF为三相四桥臂有源电力滤波器，包括8个带反并联二极管的IGBT开关管S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8，IGBT开关管S1和S2连接构成A桥臂，IGBT开关管S3和S4连接构成B桥臂，IGBT开关管S5和S6连接构成C桥臂，IGBT开关管S7和S8连接构成N桥臂，对四个桥臂的解耦控制实现方式如下，

设U^* _AN、U^* _BN、U^* _CN分别为三相四桥臂APF的A、B、C桥臂中点对N桥臂中点的电压U_AN、U_BN和U_CN的参考值，求解U^* _AN、U^* _BN、U^* _CN的零序分量，获得零序电压u₀如下，

$u_0=\frac{1}{3}({U^{*}}_{\mathrm{AN}}+{U^{*}}_{\mathrm{BN}}+{U^{*}}_{\mathrm{CN}})$

设三相四桥臂APF的A、B、C、N点对直流母线电容负极O点电压U_AO、U_BO、U_CO、U_NO的参考值分别为U^* _AO、U^* _BO、U^* _CO、U^* _NO，连接直流母线电容正极的IGBT开关管S1、S3、S5、S7的PWM周期占空比分别为d_A、d_B、d_C、d_N，如下式所示计算U^* _NO和d_N，零序电压u₀可调节范围为

$\left\{\begin{array}{ccc}{u}_0\≥\frac{1}{3}{u}_{\mathrm{dc}}& {U^{*}}_{\mathrm{NO}}=0& d_N=0\\ u_0\≤-\frac{1}{3}{u}_{\mathrm{dc}}& {U^{*}}_{\mathrm{NO}}=u_{\mathrm{dc}}& d_N=1\\ -\frac{1}{3}{u}_{\mathrm{dc}}\≤u_0\≤\frac{1}{3}{u}_{\mathrm{dc}}& {U^{*}}_{\mathrm{NO}}=-\frac{3}{2}{u}_0+\frac{1}{2}{u}_{\mathrm{dc}}& d_N=\frac{{U^{*}}_{\mathrm{NO}}}{u_{\mathrm{dc}}}\end{array}\right.$

计算三相四桥臂APF的A、B、C桥臂中点对直流母线电容负极O点的电压U_AO、U_BO、U_CO的参考值U^* _AO、U^* _BO、U^* _CO和IGBT开关管S1、S3、S5的占空比d_A、d_B、d_C，如下式，

$\begin{array}{cc}{U^{*}}_{\mathrm{AO}}={U^{*}}_{\mathrm{AN}}+{U^{*}}_{\mathrm{NO}}& d_A=\frac{{U^{*}}_{\mathrm{AO}}}{u_{\mathrm{dc}}}\\ {U^{*}}_{\mathrm{BO}}={U^{*}}_{\mathrm{BN}}+{U^{*}}_{\mathrm{NO}}& d_B=\frac{{U^{*}}_{\mathrm{BO}}}{u_{\mathrm{dc}}}\\ {U^{*}}_{\mathrm{CO}}={U^{*}}_{\mathrm{CN}}+{U^{*}}_{\mathrm{NO}}& d_C=\frac{{U^{*}}_{\mathrm{CO}}}{u_{\mathrm{dc}}}\end{array}$

根据计算结果实现对A、B、C、N桥臂的解耦控制。

本发明还相应提供一种三相四桥臂APF的零序电压脉宽调制装置，所述三相四桥臂APF为三相四桥臂有源电力滤波器，包括8个带反并联二极管的IGBT开关管S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8，IGBT开关管S1和S2连接构成A桥臂，IGBT开关管S3和S4连接构成B桥臂，IGBT开关管S5和S6连接构成C桥臂，IGBT开关管S7和S8连接构成N桥臂，包括以下模块，

电压转换模块，用于设U^* _AN、U^* _BN、U^* _CN分别为三相四桥臂APF的A、B、C桥臂中点对N桥臂中点的电压U_AN、U_BN和U_CN的参考值，求解U^* _AN、U^* _BN、U^* _CN的零序分量，获得零序电压u₀如下，

$u_0=\frac{1}{3}({U^{*}}_{\mathrm{AN}}+{U^{*}}_{\mathrm{BN}}+{U^{*}}_{\mathrm{CN}})$

零序电压调节模块，用于设三相四桥臂APF的A、B、C、N点对直流母线电容负极O点电压U_AO、U_BO、U_CO、U_NO的参考值分别为U^* _AO、U^* _BO、U^* _CO、U^* _NO，连接直流母线电容正极的IGBT开关管S1、S3、S5、S7的PWM周期占空比分别为d_A、d_B、d_C、d_N，如下式所示计算U^* _NO和d_N，零序电压u₀可调节范围为

$\left\{\begin{array}{ccc}{u}_0\≥\frac{1}{3}{u}_{\mathrm{dc}}& {U^{*}}_{\mathrm{NO}}=0& d_N=0\\ u_0\≤-\frac{1}{3}{u}_{\mathrm{dc}}& {U^{*}}_{\mathrm{NO}}=u_{\mathrm{dc}}& d_N=1\\ -\frac{1}{3}{u}_{\mathrm{dc}}\≤u_0\≤\frac{1}{3}{u}_{\mathrm{dc}}& {U^{*}}_{\mathrm{NO}}=-\frac{3}{2}{u}_0+\frac{1}{2}{u}_{\mathrm{dc}}& d_N=\frac{{U^{*}}_{\mathrm{NO}}}{u_{\mathrm{dc}}}\end{array}\right.$

解耦控制模块，用于计算三相四桥臂APF的A、B、C桥臂中点对直流母线电容负极O点的电压U_AO、U_BO、U_CO的参考值U^* _AO、U^* _BO、U^* _CO和IGBT开关管S1、S3、S5的占空比d_A、d_B、d_C，如下式，

$\begin{array}{cc}{U^{*}}_{\mathrm{AO}}={U^{*}}_{\mathrm{AN}}+{U^{*}}_{\mathrm{NO}}& d_A=\frac{{U^{*}}_{\mathrm{AO}}}{u_{\mathrm{dc}}}\\ {U^{*}}_{\mathrm{BO}}={U^{*}}_{\mathrm{BN}}+{U^{*}}_{\mathrm{NO}}& d_B=\frac{{U^{*}}_{\mathrm{BO}}}{u_{\mathrm{dc}}}\\ {U^{*}}_{\mathrm{CO}}={U^{*}}_{\mathrm{CN}}+{U^{*}}_{\mathrm{NO}}& d_C=\frac{{U^{*}}_{\mathrm{CO}}}{u_{\mathrm{dc}}}\end{array}$

根据计算结果实现对A、B、C、N桥臂的解耦控制。

本发明还相应提供一种三相四桥臂APF的零序电压脉宽调制系统，所述三相四桥臂APF为三相四桥臂有源电力滤波器，包括8个带反并联二极管的IGBT开关管S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8，IGBT开关管S1和S2连接构成A桥臂，IGBT开关管S3和S4连接构成B桥臂，IGBT开关管S5和S6连接构成C桥臂，IGBT开关管S7和S8连接构成N桥臂，设置电流互感器、电压互感器、数字信号处理器和采用FPGA实现的零序电压脉宽调制装置，电流互感器采集线性负荷的A,B,C相电流i_La、i_Lb和i_Lc并将相应二次信号送至数字信号处理器，电压互感器PT采集三相四桥臂APF的直流侧电压u_dc并将采集信号送至数字信号处理器；数字信号处理器对二次信号进行采集后，计算出参考电压U^* _AN、U^* _BN、U^* _C并连同直流侧电压u_dc送至零序电压脉宽调制装置，所述零序电压脉宽调制装置包括以下模块，

电压转换模块，用于设U^* _AN、U^* _BN、U^* _CN分别为三相四桥臂APF的A、B、C桥臂中点对N桥臂中点的电压U_AN、U_BN和U_CN的参考值，求解U^* _AN、U^* _BN、U^* _CN的零序分量u₀，获得零序电压u₀如下，

$u_0=\frac{1}{3}({U^{*}}_{\mathrm{AN}}+{U^{*}}_{\mathrm{BN}}+{U^{*}}_{\mathrm{CN}})$

零序电压调节模块，用于设三相四桥臂APF的A、B、C、N点对直流母线电容负极O点电压U_AO、U_BO、U_CO、U_NO的参考值分别为U^* _AO、U^* _BO、U^* _CO、U^* _NO，连接直流母线电容正极的IGBT开关管S1、S3、S5、S7的PWM周期占空比分别为d_A、d_B、d_C、d_N，如下式所示计算U^* _NO和d_N，零序电压u₀可调节范围为

$\left\{\begin{array}{ccc}{u}_0\≥\frac{1}{3}{u}_{\mathrm{dc}}& {U^{*}}_{\mathrm{NO}}=0& d_N=0\\ u_0\≤-\frac{1}{3}{u}_{\mathrm{dc}}& {U^{*}}_{\mathrm{NO}}=u_{\mathrm{dc}}& d_N=1\\ -\frac{1}{3}{u}_{\mathrm{dc}}\≤u_0\≤\frac{1}{3}{u}_{\mathrm{dc}}& {U^{*}}_{\mathrm{NO}}=-\frac{3}{2}{u}_0+\frac{1}{2}{u}_{\mathrm{dc}}& d_N=\frac{{U^{*}}_{\mathrm{NO}}}{u_{\mathrm{dc}}}\end{array}\right.$

解耦控制模块，用于计算三相四桥臂APF的A、B、C桥臂中点对直流母线电容负极O点的电压U_AO、U_BO、U_CO的参考值U^* _AO、U^* _BO、U^* _CO和IGBT开关管S1、S3、S5的占空比d_A、d_B、d_C，如下式，

$\begin{array}{cc}{U^{*}}_{\mathrm{AO}}={U^{*}}_{\mathrm{AN}}+{U^{*}}_{\mathrm{NO}}& d_A=\frac{{U^{*}}_{\mathrm{AO}}}{u_{\mathrm{dc}}}\\ {U^{*}}_{\mathrm{BO}}={U^{*}}_{\mathrm{BN}}+{U^{*}}_{\mathrm{NO}}& d_B=\frac{{U^{*}}_{\mathrm{BO}}}{u_{\mathrm{dc}}}\\ {U^{*}}_{\mathrm{CO}}={U^{*}}_{\mathrm{CN}}+{U^{*}}_{\mathrm{NO}}& d_C=\frac{{U^{*}}_{\mathrm{CO}}}{u_{\mathrm{dc}}}\end{array}$

根据计算结果实现对A、B、C、N桥臂的解耦控制。

本发明提出一种三相四桥臂APF的零序电压线性控制脉宽调制策略，通过建立中线桥臂开关管控制脉冲占空比与APF输出电压参考值的零序分量之间的线性函数关系，实现了四个桥臂的解耦控制。该技术方案实现简单，可准确控制四个桥臂开关管的开关状态，可实现三相四桥臂APF对谐波电流的精确补偿。本发明的技术方案对传统3D-SVPWM策略进行了改进，控制原理更简单，可减小控制系统的计算延时，提高了三相四桥臂有源电力滤波器的响应速度和谐波补偿精度，从而减小了系统电流谐波含量，并且降低了对控制处理器件主频的要求，节省了硬件投资，对于提高三相四桥臂APF的工程实用化程度具有重要现实意义。

附图说明

图1是本发明的三相四桥臂有源电力滤波器的系统结构图；

图2是本发明实施例的零序电压线性控制脉宽调制策略的原理框图；

图3是本发明实施例的零序电压脉宽调制系统应用结构图；

图4是采用传统3D-SVPWM策略的三相四桥臂有源电力滤波器的谐波补偿效果；

图5是采用本发明的零序电压线性控制脉宽调制策略的三相四桥臂有源电力滤波器的谐波补偿效果。

具体实施方式

以下结合实施例及附图对本发明作进一步说明。

附图1是本发明实施例的三相四桥臂有源电力滤波器的系统结构图。e_a、e_b和e_c分别是系统三相电压，u_dc为三相四桥臂APF的直流侧电压；L_s为系统相电感，L₁为三相四桥臂APF的A、B和C桥臂输出滤波电感，L_n为三相四桥臂APF的中线桥臂(即N桥臂)滤波电感，C_dc为三相四桥臂APF的直流母线电容；S1～S8为三相四桥臂APF的带反并联二极管的IGBT开关管(S1～S8同时也表示相应开关管的控制脉冲信号)，IGBT为绝缘栅双极型晶体管，IGBT开关管S1和S2连接构成A桥臂，IGBT开关管S3和S4连接构成B桥臂，IGBT开关管S5和S6连接构成C桥臂，IGBT开关管S7和S8连接构成N桥臂；i_sa、i_sb和i_sc是系统A、B、C相的电流，i_sn是系统中线电流，i_La、i_Lb和i_Lc分别是非线性负载A、B、C相的电流，i_Ln是负载中线电流，i_1a、i_1b和i_1c是三相四桥臂APF的A、B、C相的电流，U_AN、U_BN和U_CN是三相四桥臂APF的A、B、C桥臂中点(也分别用A、B、C表示)对N桥臂中点(也用N表示)的电压。

附图2是本发明的零序电压线性控制脉宽调制策略的原理框图。包括如下部分：

1、U^* _AN、U^* _BN、U^* _CN分别为三相四桥臂APF的A、B、C桥臂中点对N桥臂中点的电压U_AN、U_BN和U_CN的参考值，利用式(1)求解U^* _AN、U^* _BN、U^* _CN的零序分量，获得零序电压u₀如下，

$u_0=\frac{1}{3}({U^{*}}_{\mathrm{AN}}+{U^{*}}_{\mathrm{BN}}+{U^{*}}_{\mathrm{CN}})---\left(1\right)$

2、设三相四桥臂APF的A、B、C、N点对直流母线电容负极O点电压U_AO、U_BO、U_CO、U_NO的参考值分别为U^* _AO、U^* _BO、U^* _CO、U^* _NO，连接直流母线电容正极的IGBT开关管S1、S3、S5、S7的PWM周期占空比分别为d_A、d_B、d_C、d_N，d_N即N桥臂开关管控制脉冲占空比，如式(2)所示计算U^* _NO和d_N，U^* _AN、U^* _BN、U^* _CN的零序电压u₀可调节范围为

$\left\{\begin{array}{ccc}{u}_0\≥\frac{1}{3}{u}_{\mathrm{dc}}& {U^{*}}_{\mathrm{NO}}=0& d_N=0\\ u_0\≤-\frac{1}{3}{u}_{\mathrm{dc}}& {U^{*}}_{\mathrm{NO}}=u_{\mathrm{dc}}& d_N=1\\ -\frac{1}{3}{u}_{\mathrm{dc}}\≤u_0\≤\frac{1}{3}{u}_{\mathrm{dc}}& {U^{*}}_{\mathrm{NO}}=-\frac{3}{2}{u}_0+\frac{1}{2}{u}_{\mathrm{dc}}& d_N=\frac{{U^{*}}_{\mathrm{NO}}}{u_{\mathrm{dc}}}\end{array}\right.---\left(2\right)$

3、如式(3)所示计算三相四桥臂APF的A、B、C桥臂中点对直流母线电容负极O点的电压U_AO、U_BO、U_CO的参考值U^* _AO、U^* _BO、U^* _CO和开关管IGBT S1、S3、S5的占空比d_A、d_B、d_C，一个开关周期内的脉冲被确定，从而实现了A、B、C、N桥臂的解耦控制。

$\begin{array}{cc}{U^{*}}_{\mathrm{AO}}={U^{*}}_{\mathrm{AN}}+{U^{*}}_{\mathrm{NO}}& d_A=\frac{{U^{*}}_{\mathrm{AO}}}{u_{\mathrm{dc}}}\\ {U^{*}}_{\mathrm{BO}}={U^{*}}_{\mathrm{BN}}+{U^{*}}_{\mathrm{NO}}& d_B=\frac{{U^{*}}_{\mathrm{BO}}}{u_{\mathrm{dc}}}\\ {U^{*}}_{\mathrm{CO}}={U^{*}}_{\mathrm{CN}}+{U^{*}}_{\mathrm{NO}}& d_C=\frac{{U^{*}}_{\mathrm{CO}}}{u_{\mathrm{dc}}}\end{array}---\left(3\right)$

具体实施时，可以采用软件方式实现以上方法，也可以采用模块化方式提供一种三相四桥臂APF的零序电压线性脉宽调制装置，所述三相四桥臂APF为三相四桥臂有源电力滤波器，包括8个带反并联二极管的IGBT开关管S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8，IGBT开关管S1和S2连接构成A桥臂，IGBT开关管S3和S4连接构成B桥臂，IGBT开关管S5和S6连接构成C桥臂，IGBT开关管S7和S8连接构成N桥臂，其特征在于：包括以下模块，

电压转换模块，用于设U^* _AN、U^* _BN、U^* _CN分别为三相四桥臂APF的A、B、C桥臂中点对N桥臂中点的电压U_AN、U_BN和U_CN的参考值，求解U^* _AN、U^* _BN、U^* _CN的零序分量u₀，获得零序电压u₀如下，

$u_0=\frac{1}{3}({U^{*}}_{\mathrm{AN}}+{U^{*}}_{\mathrm{BN}}+{U^{*}}_{\mathrm{CN}})$

零序电压调节模块，用于设三相四桥臂APF的A、B、C、N点对直流母线电容负极O点电压U_AO、U_BO、U_CO、U_NO的参考值分别为U^* _AO、U^* _BO、U^* _CO、U^* _NO，连接直流母线电容正极的IGBT开关管S1、S3、S5、S7的PWM周期占空比分别为d_A、d_B、d_C、d_N，如下式所示计算U^* _NO和d_N，零序电压u₀可调节范围为

$\left\{\begin{array}{ccc}{u}_0\≥\frac{1}{3}{u}_{\mathrm{dc}}& {U^{*}}_{\mathrm{NO}}=0& d_N=0\\ u_0\≤-\frac{1}{3}{u}_{\mathrm{dc}}& {U^{*}}_{\mathrm{NO}}=u_{\mathrm{dc}}& d_N=1\\ -\frac{1}{3}{u}_{\mathrm{dc}}\≤u_0\≤\frac{1}{3}{u}_{\mathrm{dc}}& {U^{*}}_{\mathrm{NO}}=-\frac{3}{2}{u}_0+\frac{1}{2}{u}_{\mathrm{dc}}& d_N=\frac{{U^{*}}_{\mathrm{NO}}}{u_{\mathrm{dc}}}\end{array}\right.$

解耦控制模块，用于计算三相四桥臂APF的A、B、C桥臂中点对直流母线电容负极O点的电压U_AO、U_BO、U_CO的参考值U^* _AO、U^* _BO、U^* _CO和IGBT开关管S1、S3、S5的占空比d_A、d_B、d_C，如下式，

$\begin{array}{cc}{U^{*}}_{\mathrm{AO}}={U^{*}}_{\mathrm{AN}}+{U^{*}}_{\mathrm{NO}}& d_A=\frac{{U^{*}}_{\mathrm{AO}}}{u_{\mathrm{dc}}}\\ {U^{*}}_{\mathrm{BO}}={U^{*}}_{\mathrm{BN}}+{U^{*}}_{\mathrm{NO}}& d_B=\frac{{U^{*}}_{\mathrm{BO}}}{u_{\mathrm{dc}}}\\ {U^{*}}_{\mathrm{CO}}={U^{*}}_{\mathrm{CN}}+{U^{*}}_{\mathrm{NO}}& d_C=\frac{{U^{*}}_{\mathrm{CO}}}{u_{\mathrm{dc}}}\end{array}$

根据计算结果实现对A、B、C、N桥臂的解耦控制。

具体应用时，可以采用FPGA(现场可编程门阵列)实现以上零序电压脉宽调制装置，结合其他装置数字信号处理器DSP等，提供一种三相四桥臂APF的零序电压脉宽调制系统。附图3是本发明的零序电压线性控制脉宽调制策略的系统应用结构图。其中的电流互感器CT采集附图1中非线性负荷的A,B,C相电流i_La、i_Lb和i_Lc，并将相应二次信号送至DSP；电压互感器PT采集附图1中APF直流侧电压u_dc，并将采集信号送至DSP；DSP可采用当前主流芯片，例如TI公司的主频150-MHz浮点型DSP TMS320F2833，DSP对二次信号进行采集后，计算出参考电压U^* _AN、U^* _BN、U^* _C并连同直流侧电压u_dc送至FPGA，计算参考电压的方法是目前成熟的已有技术。FPGA可采用当前主流芯片，例如Altera公司的EPIC3T144C8，FPGA根据参考电压，按照本发明提出的零序电压线性控制脉宽调制策略，计算得到开关管的控制脉冲信号S1-S8，实现APF对谐波的补偿。

附图4是采用传统基于3D-SVPWM策略的三相四桥臂APF的谐波补偿效果。以系统A相电流i_sa为例。图中上一曲线为补偿前i_sa(i_la)的波形，下一曲线为补偿后i_sa的波形。通过FFT分析可知补偿前i_sa的总谐波电流畸变率达到了22.9％，补偿后i_sa的总谐波电流畸变率降低为4.82％。附图5为采用本发明的零序电压线性控制脉宽调制策略的三相四桥臂APF的补偿效果，以系统A相电流i_sa为例。图中上一曲线为补偿前i_sa(i_la)的波形，下一曲线为补偿后i_sa的波形。通过FFT分析可知补偿前i_sa的总谐波电流畸变率为22.9％，补偿后i_sa的总谐波电流畸变率降低为3.65％。由波形对比可以看到，由于负载电流换相处谐波电流变化较快，3D-SVPWM策略由于算法延时较大导致未能及时补偿，补偿后的电流在负载电流突变处存在尖峰。而零序电压线性控制脉宽调制策略算法简单，计算延时很小，在负载电流换相处能及时补偿谐波电流，提高了APF系统的补偿效果。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (3)

1.一种三相四桥臂APF的零序电压脉宽调制方法，所述三相四桥臂APF为三相四桥臂有源电力滤波器，包括8个带反并联二极管的IGBT开关管S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8，IGBT开关管S1和S2连接构成A桥臂，IGBT开关管S3和S4连接构成B桥臂，IGBT开关管S5和S6连接构成C桥臂，IGBT开关管S7和S8连接构成N桥臂，其特征在于：对四个桥臂的解耦控制实现方式如下，

设U^* _AN、U^* _BN、U^* _CN分别为三相四桥臂APF的A、B、C桥臂中点对N桥臂中点的电压U_AN、U_BN和U_CN的参考值，求解U^* _AN、U^* _BN、U^* _CN的零序分量，获得零序电压u₀如下，

$u_0=\frac{1}{3}({U^{*}}_{\mathrm{AN}}+{U^{*}}_{\mathrm{BN}}+{U^{*}}_{\mathrm{CN}})$

设三相四桥臂APF的A、B、C、N点对直流母线电容负极O点电压U_AO、U_BO、U_CO、U_NO的参考值分别为U^* _AO、U^* _BO、U^* _CO、U^* _NO，连接直流母线电容正极的IGBT开关管S1、S3、S5、S7的PWM周期占空比分别为d_A、d_B、d_C、d_N，如下式所示计算U^* _NO和d_N，零序电压u₀可调节范围为

$\left\{\begin{array}{ccc}{u}_0\≥\frac{1}{3}{u}_{\mathrm{dc}}& {U^{*}}_{\mathrm{NO}}=0& d_N=0\\ u_0\≤-\frac{1}{3}{u}_{\mathrm{dc}}& {U^{*}}_{\mathrm{NO}}=u_{\mathrm{dc}}& d_N=1\\ -\frac{1}{3}{u}_{\mathrm{dc}}\≤u_0\≤\frac{1}{3}{u}_{\mathrm{dc}}& {U^{*}}_{\mathrm{NO}}=-\frac{3}{2}{u}_0+\frac{1}{2}{u}_{\mathrm{dc}}& d_N=\frac{{U^{*}}_{\mathrm{NO}}}{u_{\mathrm{dc}}}\end{array}\right.$

计算三相四桥臂APF的A、B、C桥臂中点对直流母线电容负极O点的电压U_AO、U_BO、U_CO的参考值U^* _AO、U^* _BO、U^* _CO和IGBT开关管S1、S3、S5的占空比d_A、d_B、d_C，如下式，

$\begin{array}{cc}{U^{*}}_{\mathrm{AO}}={U^{*}}_{\mathrm{AN}}+{U^{*}}_{\mathrm{NO}}& d_A=\frac{{U^{*}}_{\mathrm{AO}}}{u_{\mathrm{dc}}}\end{array}$

$\begin{array}{cc}{U^{*}}_{\mathrm{BO}}={U^{*}}_{\mathrm{BN}}+{U^{*}}_{\mathrm{NO}}& d_B=\frac{{U^{*}}_{\mathrm{BO}}}{u_{\mathrm{dc}}}\end{array}$

$\begin{array}{cc}{U^{*}}_{\mathrm{CO}}={U^{*}}_{\mathrm{CN}}+{U^{*}}_{\mathrm{NO}}& d_C=\frac{{U^{*}}_{\mathrm{CO}}}{u_{\mathrm{dc}}}\end{array}$

根据计算结果实现对A、B、C、N桥臂的解耦控制。

2.一种三相四桥臂APF的零序电压脉宽调制装置，所述三相四桥臂APF为三相四桥臂有源电力滤波器，包括8个带反并联二极管的IGBT开关管S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8，IGBT开关管S1和S2连接构成A桥臂，IGBT开关管S3和S4连接构成B桥臂，IGBT开关管S5和S6连接构成C桥臂，IGBT开关管S7和S8连接构成N桥臂，其特征在于：包括以下模块，

电压转换模块，用于设U^* _AN、U^* _BN、U^* _CN分别为三相四桥臂APF的A、B、C桥臂中点对N桥臂中点的电压U_AN、U_BN和U_CN的参考值，求解U^* _AN、U^* _BN、U^* _CN的零序分量，获得零序电压u₀如下，

$u_0=\frac{1}{3}({U^{*}}_{\mathrm{AN}}+{U^{*}}_{\mathrm{BN}}+{U^{*}}_{\mathrm{CN}})$

零序电压调节模块，用于设三相四桥臂APF的A、B、C、N点对直流母线电容负极O点电压U_AO、U_BO、U_CO、U_NO的参考值分别为U^* _AO、U^* _BO、U^* _CO、U^* _NO，连接直流母线电容正极的IGBT开关管S1、S3、S5、S7的PWM周期占空比分别为d_A、d_B、d_C、d_N，如下式所示计算U^* _NO和d_N，零序电压u₀可调节范围为

$\left\{\begin{array}{ccc}{u}_0\≥\frac{1}{3}{u}_{\mathrm{dc}}& {U^{*}}_{\mathrm{NO}}=0& d_N=0\\ u_0\≤-\frac{1}{3}{u}_{\mathrm{dc}}& {U^{*}}_{\mathrm{NO}}=u_{\mathrm{dc}}& d_N=1\\ -\frac{1}{3}{u}_{\mathrm{dc}}\≤u_0\≤\frac{1}{3}{u}_{\mathrm{dc}}& {U^{*}}_{\mathrm{NO}}=-\frac{3}{2}{u}_0+\frac{1}{2}{u}_{\mathrm{dc}}& d_N=\frac{{U^{*}}_{\mathrm{NO}}}{u_{\mathrm{dc}}}\end{array}\right.$

解耦控制模块，用于计算三相四桥臂APF的A、B、C桥臂中点对直流母线电容负极O点的电压U_AO、U_BO、U_CO的参考值U^* _AO、U^* _BO、U^* _CO和IGBT开关管S1、S3、S5的占空比d_A、d_B、d_C，如下式，

$\begin{array}{cc}{U^{*}}_{\mathrm{AO}}={U^{*}}_{\mathrm{AN}}+{U^{*}}_{\mathrm{NO}}& d_A=\frac{{U^{*}}_{\mathrm{AO}}}{u_{\mathrm{dc}}}\end{array}$

$\begin{array}{cc}{U^{*}}_{\mathrm{BO}}={U^{*}}_{\mathrm{BN}}+{U^{*}}_{\mathrm{NO}}& d_B=\frac{{U^{*}}_{\mathrm{BO}}}{u_{\mathrm{dc}}}\end{array}$

$\begin{array}{cc}{U^{*}}_{\mathrm{CO}}={U^{*}}_{\mathrm{CN}}+{U^{*}}_{\mathrm{NO}}& d_C=\frac{{U^{*}}_{\mathrm{CO}}}{u_{\mathrm{dc}}}\end{array}$

根据计算结果实现对A、B、C、N桥臂的解耦控制。

3.一种三相四桥臂APF的零序电压脉宽调制系统，所述三相四桥臂APF为三相四桥臂有源电力滤波器，包括8个带反并联二极管的IGBT开关管S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8，IGBT开关管S1和S2连接构成A桥臂，IGBT开关管S3和S4连接构成B桥臂，IGBT开关管S5和S6连接构成C桥臂，IGBT开关管S7和S8连接构成N桥臂，其特征在于：设置电流互感器、电压互感器、数字信号处理器和采用FPGA实现的零序电压脉宽调制装置，电流互感器采集线性负荷的A,B,C相电流i_La、i_Lb和i_Lc并将相应二次信号送至数字信号处理器，电压互感器PT采集三相四桥臂APF的直流侧电压u_dc并将采集信号送至数字信号处理器；数字信号处理器对二次信号进行采集后，计算出参考电压U^* _AN、U^* _BN、U^* _C并连同直流侧电压u_dc送至零序电压脉宽调制装置，所述零序电压脉宽调制装置包括以下模块，

电压转换模块，用于设U^* _AN、U^* _BN、U^* _CN分别为三相四桥臂APF的A、B、C桥臂中点对N桥臂中点的电压U_AN、U_BN和U_CN的参考值，求解U^* _AN、U^* _BN、U^* _CN的零序分量，获得零序电压u₀如下，

$u_0=\frac{1}{3}({U^{*}}_{\mathrm{AN}}+{U^{*}}_{\mathrm{BN}}+{U^{*}}_{\mathrm{CN}})$

零序电压调节模块，用于设三相四桥臂APF的A、B、C、N点对直流母线电容负极O点电压U_AO、U_BO、U_CO、U_NO的参考值分别为U^* _AO、U^* _BO、U^* _CO、U^* _NO，连接直流母线电容正极的IGBT开关管S1、S3、S5、S7的PWM周期占空比分别为d_A、d_B、d_C、d_N，如下式所示计算U^* _NO和d_N，零序电压u₀可调节范围为

$\left\{\begin{array}{ccc}{u}_0\≥\frac{1}{3}{u}_{\mathrm{dc}}& {U^{*}}_{\mathrm{NO}}=0& d_N=0\\ u_0\≤-\frac{1}{3}{u}_{\mathrm{dc}}& {U^{*}}_{\mathrm{NO}}=u_{\mathrm{dc}}& d_N=1\\ -\frac{1}{3}{u}_{\mathrm{dc}}\≤u_0\≤\frac{1}{3}{u}_{\mathrm{dc}}& {U^{*}}_{\mathrm{NO}}=-\frac{3}{2}{u}_0+\frac{1}{2}{u}_{\mathrm{dc}}& d_N=\frac{{U^{*}}_{\mathrm{NO}}}{u_{\mathrm{dc}}}\end{array}\right.$

解耦控制模块，用于计算三相四桥臂APF的A、B、C桥臂中点对直流母线电容负极O点的电压U_AO、U_BO、U_CO的参考值U^* _AO、U^* _BO、U^* _CO和IGBT开关管S1、S3、S5的占空比d_A、d_B、d_C，如下式，

$\begin{array}{cc}{U^{*}}_{\mathrm{AO}}={U^{*}}_{\mathrm{AN}}+{U^{*}}_{\mathrm{NO}}& d_A=\frac{{U^{*}}_{\mathrm{AO}}}{u_{\mathrm{dc}}}\end{array}$

$\begin{array}{cc}{U^{*}}_{\mathrm{BO}}={U^{*}}_{\mathrm{BN}}+{U^{*}}_{\mathrm{NO}}& d_B=\frac{{U^{*}}_{\mathrm{BO}}}{u_{\mathrm{dc}}}\end{array}$

$\begin{array}{cc}{U^{*}}_{\mathrm{CO}}={U^{*}}_{\mathrm{CN}}+{U^{*}}_{\mathrm{NO}}& d_C=\frac{{U^{*}}_{\mathrm{CO}}}{u_{\mathrm{dc}}}\end{array}$

根据计算结果实现对A、B、C、N桥臂的解耦控制。