煤矿机械CoalMineMachineryVol.37No.01Jan.2016第37卷第01期2016年01月doi:10.13436/j.mkjx.2016010300引言在减少谐波的同时，LCL滤波器会给系统带来稳定性降低的问题，并影响控制器参数的选取，需对控制器参数进行优化设计。本文采用滤波电容电流反馈的有源阻尼方式抑制系统谐振，提出一种电流环PI控制器参数和滤波电容电流反馈系数设计的根轨迹分析方法，由此设计出优化的控制器参数，仿真结果证明该方法简单有效。1系统模型和控制策略（1）系统模型本文研究的基于LCL滤波的三相PWM整流器如图1所示。图1基于LCL滤波的三相PWM整流器主电路图中uga、ugb和ugc为网侧三相电压，iga、igb和igc为网侧三相电流，LCL滤波器由网侧电感Lg、整流侧电感Lf和滤波电容Cf组成；ic为滤波电容电流，uc为滤波电容电压，Udc为直流侧电压，Cdc为直流侧电容；RL为负载电阻。（2）控制策略系统控制框图如图2所示。采用电压电流双闭环控制，相角和频率信息由锁相环提供。其中，Udc*为直流侧电压的给定值，id和iq是网侧电流的直轴和交轴分量，id*和iq*分别是id和iq的给定值；KC是滤波电容电流反馈系数。图2系统控制框图有源阻尼常用的反馈变量有网侧电感电压、滤波电容电压、滤波电容电流和整流侧电感电流。其中，滤波电容电流反馈具有更好的动态性能，且更易测量，故本文选择滤波电容电流作为反馈变量，基于其建立的电流控制器框图如图3所示。其中，KP和KI是电流PI控制器的比例系数和积分系数，T是整流器的延时常数，为开关周期的1/2。基于LCL滤波的三相PWM整流器控制参数优化研究*宋晓燕，王化冰（平顶山学院电气信息工程学院，河南平顶山467000）摘要：三相PWM整流器中引入LCL滤波器，在减少谐波的同时，给系统带来谐振问题，增加不稳定因素。在双闭环PI控制的基础上，采用基于滤波电容电流反馈的有源阻尼方式以减少系统谐振，并提出1种根轨迹分析方法，对电流环PI控制器参数和滤波电容电流反馈系数进行简单直观的优化设计，使系统具有更好的稳态和动态性能。仿真结果证明了所提出的控制器参数优化方法具有有效性和实用性。关键词：三相PWM整流器；LCL滤波；双闭环PI控制；有源阻尼；根轨迹中图分类号：TM461文献标志码：A文章编号：1003－0794（2016）01－0073－03ResearchonControlParameterOptimizationofanLCL-filter-basedThree-phasePWMRectifierSONGXiao-yan,WANGHua-bing(CollegeofElectricalandInformationEngineering,PingdingshanUniversity,Pingdingshan467000,China)Abstract：Intheapplicationofthree-phasePWMrectifier,LCLfilterisintroducedtoreducetheharmonicofoutputwaveform,whiletheproblemssuchasthesystemresonanceandinstabilitywillbebroughtinthemeantime.Thedualclosedloopproportionalintegralcontrolisdiscussed,theresonantisreducedbytheuseofactivedampingbasedoncapacitorcurrentfeedback,andananalysismethodofrootlocusispresented,sotheparameterschoiceofthecontrollerismoreintuitive,simple,andthesystemhasandabetterstabilityanddynamicperformance.Thevalidity,rationalityandfeasibilityofthecontrollerdesignmethodisverifiedbythesimulationresults.Keywords：three-phasePWMrectifier;LCL-filter;dual-loopcontrol;activedamping;rootlocus*河南省科技厅项目（KJT142102210227）ugaugbugcigaigbigcLgLfucaT1UdcCdcRLb-c+CficT3T5T2T4T6Udc*+-+-+-id*PIKcUdcidicigiq*=0iqabc/dqωPIPI+--+abc/dqdq/abc73中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net

图3电流控制器框图2控制器参数设计（1）电流环传递函数由图3可得电流环的开环传递函数G（s）=igig*-ig=a0s+a1b0s5+b1s4+b2s3+b3s2（1）闭环传递函数准（s）＝igig*=a0s+a1b0s5+b1s4+b2s3+b3s2＋a0s+a1（2）式中a0＝KP；a1＝KI；b0＝TLfLgCf；b1＝LfLgCf；b2＝KCLgCf+T（Lf＋Lg）；b3＝Lg＋Lf。（2）控制器参数对系统性能的影响为选择优化的控制器参数，必须分析每个控制器参数变化对系统性能的影响。解析方法在这里并不适合，本文通过一种更经典直观的方法，即分析控制器参数变化形成的闭环根轨迹来实现上述目的。通过MATLAB编写程序去观察控制器参数变化时相应闭环零极点的位置移动。①KC和KP对系统性能的影响因为KC位于电流控制器的内环，故应首先分析KC变化对系统性能的影响。其次，电流环PI控制器中，KI主要影响系统动态性能，故综合考虑3个参数，首先分析KC和KP变化对系统性能的影响。KC和KP变化时闭环根轨迹如图4所示。（a）（b）（c）图4KI=300、KP=1~10时不同KC的闭环根轨迹1.KC=02.KC=13.KC=64.KC=115.KC=166.KC=57.KC=10由图4（a）可以看出，若KC=0，系统始终存在2个右半平面的根，导致系统不稳定。由图4（b）和图4（c）可以看出，逐渐增大Kc的取值，2个不稳定的根p3和p4不断向左半平面移动，当KC和KP取合适的值时，可以使系统稳定。极点p1～p4的位置决定了阻尼比和自然频率，从而影响系统稳态和动态性能，由图4（b）和图4（c）可以看出，在系统稳定时改变KC或KP的值，都可改变系统稳态和动态性能。由图4（c）可以看出，在KI=300，KP=8~10，KC=5~10时，系统会取得较快的响应速度和较好的稳态性能。②KI对系统性能的影响不同Kp取值时KI变化形成的闭环根轨迹如图5所示。（a）KP=3，KC=5，KI=1~600（b）KP=10，KC=5，KI=1~600图5不同KI取值时的闭环根轨迹由图5（a）和图5（b）可看出，KI变化对闭环极点的分布影响很小，随着Kp的增加，这种影响逐渐减小。基于以上分析，电流控制器参数选择如下KP=10、KI=300、KC=5。3仿真分析在MATLAB/SIMULINK中建立系统模型。系统参数选择如下：网侧电压有效值Ug=220V，工频f=50Hz，额定容量SN=49kVA，Udc*=700V，Cdc=3mF，Lf=1mH，Lg=1mH，Cf=15μF。其中LCL滤波器参数选取见参考文献[6]。系统半载运行0.3s后切换为满载运行，网侧电压和电流波形如图6所示，直流侧电压波形如图7所示。由图6可以看出，网侧电流能够快速恢复稳定，并与网侧电压保持同相位；由图7可以看出直流侧电压能够快速达到稳态。时间/s图6网侧电压与电流波形第37卷第01期Vol.37No.01基于LCL滤波的三相PWM整流器控制参数优化研究———宋晓燕，等ig*Kc+-KP+KIS+-1Ts+1+-ic*sLf1sCf1+-+-icucugigsLg1-7-6-5-4-3-2-10实轴（×103）12p3p5p4p1p2虚轴（×104）1.51.00.50-0.5-1.0-1.50.460.620.840.840.460.620.340.240.170.110.050.340.240.170.110.051.4e+0041.2e+0041.0e+0048e+0036e+0034e+0032e+00302e+0034e+0036e+0038e+0031e+0041.2e+0041.4e+004p3p5p4p2p1虚轴（×104）210-1-20.320.230.160.070.0350.1350.750.480.320.480.760.230.160.070.0350.135-7-6-5-4-3-2-10实轴（×103）11.75e+0041.5e+0041.25e+0041e+0047.5e+0035e+0032.5e+00302.5e+0035e+0037.5e+0031e+0041.25e+0041.5e+0041.75e+0040.320.230.160.070.0350.135虚轴（×104）1.51.00.50-0.5-1.0-1.50.750.480.480.760.320.230.160.070.0350.135p3p4p2p1p5-6-5-4-3-2-10实轴（×103）11.4e+0041.2e+0041.0e+0048e+0036e+0034e+0032e+00302e+0034e+0036e+0038e+0031.0e+0041.2e+0041.4e+0041.4e+0041.2e+0041.0e+0048e+0036e+0034e+0032e+00302e+0034e+0036e+0038e+0031.0e+0041.2e+0041.4e+004-3.5-3.0虚轴（×104）1.51.00.50-0.5-1.0-1.50.20.135p3p5p4p1p2-2.5-2.0-1.5-1.00.0930.0650.0420.02实轴（×103）0-0.50.50.30.550.30.550.20.1350.0930.0650.0420.021.4e+0041.2e+0041.0e+0048e+0036e+0034e+0032e+00302e+0034e+0036e+0038e+0031.0e+0041.2e+0041.4e+0040.20.1350.0930.0650.0420.020.20.1350.0930.0650.0420.02实轴（×103）p1p20.30.550.30.55p3p5p41.51.00.50-0.5-1.0-1.5虚轴（×104）0.250.260.270.280.290.30igabc/A4000-4000.310.320.330.340.35ugabc/V150100500-50-100-1501234567-3.5-3.0-2.5-2.0-1.5-1.00-0.50.574中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net

时间/s图7直流侧电压波形网侧电流的FFT分析如图8所示，网侧电流的THD小于5%，满足IEEE519标准。谐波次数图8网侧电流FFT分析4结语本文分析了基于LCL滤波的三相PWM整流器的控制策略，在电流环中采用滤波电容电流反馈的有源阻尼方式来抑制系统谐振。提出了根轨迹的分析方法，当电流环控制器参数发生变化时，通过电流环的闭环极点分布来判断系统性能，可简单方便地优化控制参数。由于采用有源阻尼方式，不会产生额外的功率损耗，可简化LCL滤波器的体积，特别适用于大功率的应用场合。参考文献：［1］叶津，杨旭，叶海忠.基于负载估测的三相整流器全滑模控制策略［J］.电力电子技术,2010,44(12):70-72+75.［2］孙蔚，伍小杰，戴鹏，等.基于LCL滤波器的电压源型PWM整流器控制策略综述［J］.电工技术学报,2008,23(1):90-96.［3］刘飞,查晓明,段善旭.三相并网逆变器LCL滤波器的参数设计与研究［J］.电工技术学报,2010,25(3):110-116.［4］刘虔，彭力，唐诗颖，等.一种基于图解的LCL滤波器设计和优化方法［J］.中国电机工程学报,2012,32(36):36-43＋16.［5］王恩德,黄声华.三相电压型PWM整流的新型双闭环控制策略［J］.中国电机工程学报,2012,32(15):24-30＋18.［6］LISERREM,BLAABJERGF,HANSENS.Designandcontrolofanlcl-filter-basedthree-phaseactiverectifier［J］.IndustryApplica-tions,IEEETransactionson.2005，4（5）：1281－1291.作者简介：宋晓燕（1976-），女，河南襄城人，硕士，副教授，主要从事电力电子技术与电机控制研究，电子信箱：songxy07@163.com.责任编辑：赵荣收稿日期：2015－11－12!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!*北京市属高校煤矿安全创新团队项目(107601503)；学院重点课题（bgzykyzz201402)煤矿机械CoalMineMachineryVol.37No.01Jan.2016第37卷第01期2016年01月doi:10.13436/j.mkjx.201601031基于Labview的矿用主风机温度监测系统的研究*史利娟，张春芝，陈金英，李兆坤（北京工业职业技术学院，北京100042）摘要：通风机是煤矿生产的关键设备，对其轴承、电机定子绕组的温度进行在线实时监控，对于通风机的运行状态监测，保障井下安全生产具有重要意义。提出以PT100热电阻作为温度采集元件，设计了信号调理电路，并通过数据采集卡和Labview平台，实现对了温度信号的实时测量，从而为实现主风机的运行状态监测提供一定的参考依据。关键词：温度监控；矿用主风机；Labview中图分类号：TD441文献标志码：A文章编号：1003－0794（2016）01－0075－03InvestigationonTemperatureMonitoringSystemforMiningMainFanBasedonLabviewSHILi-juan，ZHANGChun-zhi，CHENJin-ying，LIZhao-kun（BeijingIndustryVocationalandTechnicalCollege，Beijing100042，China)Abstract:Miningmainfanisakeyequipmentincoalminingproduction.Thetemperaturemonitoringonthebearingandmotorstatorwindingisvitallyimportanttotheconditionmonitoringofminingfanandevenminingsafety.AtemperaturesensingschemeutilizingPT100thermalresistanceispresented.Thesignalconditioningcircuitbasedonthebridgeandinstrumentationamplifierisdesigned.CombinedwiththedataacquisitioncardandLabviewsoftwareplatform,theonlinereal-timetemperaturemonitoringisachieved.Theresearchworkoffersareferencetotheoperationconditionmonitoringofminingfan.Keywords:temperaturemonitoring；miningmainfan；Labview0引言矿用主通风机是保障井下安全生产的主要设备，对其进行运行状态的监控有着重要的意义。通风机在实际运行过程中会出现轴承温度过高、风机轴温过高等与故障有关的异常现象，使其不能够进行正常的工作，因此需要对其进行温度监控。矿用主风机的温度监测主要是对风机的三相定子绕组、前后轴承等10个温度参数进行实时数据的显示、工作状态的判断和显示、以及历史数据的存储和查看。1矿用主风机温度监控系统总体方案矿用主风机温度监控系统，主要是完成对Ⅰ、Ⅱ级风机温度的实时监测，当其超过某一温度时，能够进行工作运行状态的报警提示。其检测的参数主要有Ⅰ、Ⅱ级风机三相定子绕组温度和轴承温度。该系统包括硬件系统和软件系统。硬件系统的主要设计工作是选择合适的传感器，设计信号调理电路，选择采集卡等建立完成温度采集硬件平台；软件系统主要应用Labview开发平台，通过对采集数据的分析和处理实现温度信号的显示、存储、查看和工作状态报警提示等。750700650Udc/V0.250.260.270.280.290.30.310.320.330.340.350.40.30.20.1Mab/%Fundamenta（50Hz）=105.3，THD=2.54%0102030405060708075中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net