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        電壓源型PWM整流器及其控制策略研究

        2015-12-10 20:30:14段雙明
        山東工業(yè)技術(shù) 2015年24期

        摘 要:本文分析了電壓型PWM整流器的四象限工作原理,建立了在三相靜止abc坐標(biāo)系、兩相靜止αβ坐標(biāo)系和兩相旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型,對(duì)間接電流控制策略進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析,給出其控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)并對(duì)其控制參數(shù)進(jìn)行了求?。环治隽斯潭ㄩ_關(guān)頻率的直接電流控制策略,給出了其在abc坐標(biāo)系下的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu),并對(duì)abc坐標(biāo)系和dq坐標(biāo)系下的控制策略的優(yōu)劣進(jìn)行了簡(jiǎn)單的比較;分析了電流滯環(huán)的直接控制策略的工作原理,并對(duì)其開關(guān)頻率進(jìn)行了求取。設(shè)計(jì)了電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)的控制器,并對(duì)其控制器參數(shù)進(jìn)行了推導(dǎo)。

        關(guān)鍵詞:PWM整流器;電流控制;電流內(nèi)環(huán);電壓外環(huán)

        DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.24.169

        1 引言

        整流器是電力電子常用的設(shè)備之一。傳統(tǒng)的整流器動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢、功率因數(shù)低且不可控并且無(wú)法實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)。傳統(tǒng)的整流器多采用二極管不可控整流電路或晶閘管相控整流電路[1],效率低并且會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生嚴(yán)重污染。解決上述問題的根本方法就是使整流設(shè)備實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)電流正弦化且相位可控。而將PWM技術(shù)引入整流器控制中,就得到了取代傳統(tǒng)整流器的PWM整流器。與傳統(tǒng)整流器相比,它不僅可以使得網(wǎng)側(cè)電流為正弦波、功率因數(shù)為1或者可調(diào),而且可以實(shí)現(xiàn)電能的雙向傳輸、得到較快的動(dòng)態(tài)控制響應(yīng)。本文就PWM整流器展開了討論,建立了在abc坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型,研究了一種電流控制策略。

        2 電壓型PWM整流器工作原理及其數(shù)學(xué)模型

        2.1 電壓源型PWM整流器工作原理分析

        VSR的四象限運(yùn)行,關(guān)鍵在于對(duì)網(wǎng)側(cè)電流的控制。通過改變電流的相位,進(jìn)而控制整流器的運(yùn)行狀態(tài),調(diào)整有功功率與無(wú)功功率的傳輸方向。圖1是VSR的四種特殊的運(yùn)行狀態(tài)[2]。

        2.2 三相電壓型PWM整流器的數(shù)學(xué)模型

        本文根據(jù)基爾霍夫電壓定律和基爾霍夫電流定律對(duì)三相VSR主電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了描述,得到三相VSR的一般數(shù)學(xué)模型,如式(1)所示:

        (1)

        3 固定頻率的直接電流控制理論

        所謂固定開關(guān)頻率PWM電流控制,通常情況下指的是使PWM三角載波的頻率固定不變,把電流偏差信號(hào)作為調(diào)制波的控制方式。固定開關(guān)頻率PWM電流控制與間接電流控制相比,增強(qiáng)了系統(tǒng)的魯棒性、加快了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。

        上面提到的固定開關(guān)頻率PWM電流控制是基于abc坐標(biāo)系的電流控制,除此之外還有基于dq坐標(biāo)系的固定開關(guān)頻率PWM電流控制。相比之下,基于dq坐標(biāo)系的控制系統(tǒng)有更多的優(yōu)點(diǎn),如:指令電流信號(hào)是時(shí)不變的而非正弦的時(shí)變信號(hào)、可以實(shí)現(xiàn)在abc坐標(biāo)系下實(shí)現(xiàn)不了的無(wú)靜差控制、更加方便對(duì)有功電流和無(wú)功電流的獨(dú)立控制。因此,在對(duì)系統(tǒng)對(duì)動(dòng)靜態(tài)性能均有比較高的要求的三相電壓源型PWM整流器電流控制,多采用基于dq坐標(biāo)系的固定開關(guān)頻率PWM電流控制方案。

        4 結(jié)論

        作為一種“綠色”裝置,一種積極主動(dòng)的消除電網(wǎng)諧波的方式,電壓源型PWM整流器早已是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn),在提高電能利用率和改造電網(wǎng)污染、提高風(fēng)能太陽(yáng)能等新能源的利用率等方面均得到了廣泛的應(yīng)用。它主要的優(yōu)點(diǎn)是:(1)功率雙向流動(dòng);(2)使輸入電流正弦化;(3)實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)運(yùn)行或功率因數(shù)可調(diào);(4)直流電壓可調(diào)。而本文對(duì)PWM整流器做出了簡(jiǎn)單的理論分析,并對(duì)其控制策略進(jìn)行了研究。

        參考文獻(xiàn):

        [1]張興,張崇巍.PWM整流器及其控制[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2012.

        [2]賈俊川,李衛(wèi)國(guó).三相電壓型PWM整流器控制特性[J].電力自動(dòng)化設(shè)備,2010,30(04):63-65.

        [3]趙振波.三相電壓型PWM整流器及其控制策略研究[D].華北電力大學(xué),2002.

        [4]沈量,尹洪全,李振清.一種單相并網(wǎng)逆變器的控制策略的研究[J].東北電力大學(xué)學(xué)報(bào),2013,33(1/2):76-79.

        作者簡(jiǎn)介:段雙明(1984-),男,吉林長(zhǎng)春人,研究生,助理實(shí)驗(yàn)師,研究方向:電力電子技術(shù)。endprint

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