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PWM整流控制技术的在线式UPS.docx

发布时间：2022-06-16 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.29M 资料格式：docx 举报 版权申诉
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    PWM整流控制技术的在线式UPS
    PWM 整流控制技术的在线式 UPS 1 概述 PWM 前端控制整流由于具有直流电压的变化，输入功率因数校正（PFC）和 输入电流谐波控制的能力等优点，被广泛用于三相交直交电压系统。由前端整流 器、直流电容，以及逆变器组成的三相交直交电压系统广泛用于在线式 UPS。基 于 DSP 控制的在线式 UPS 的结构图如图 1 所示。 图 1 基于 DSP 控制的在线式 UPS 的结构图 图 1 中，主电路由输入变压器、输入滤波电路、电压和电流检测电路、蓄电 池、功率电路、输出滤波电路和静态开关等组成。其中功率电路包括三个部分， 即输入的 PFC、三相全桥逆变器、DC/DC 部分。电路信号采用 TMS320C2812 控制。 该控制器是 TI 软件公司开发的，可方便地进行汇编，执行控制程序和错误检查。 一般 PFC 升压整流控制器通常有两个反馈回路，外部电压环路和内在电流环路。 电压调节器产生电流控制的 d 轴电流，而在 q 轴电流控制是零的单位功率因数， 其控制如图 2 所示。 图 2 带负载功率反馈的传统 PWM 控制系统 在正常工作条件下，稳压器输出稳定的直流母线电压和 d 轴电流控制，但是 逆变器负荷不均衡，就会产生波动的直流电压，因此整流器在不平衡负载下会造 成前端总谐波失真（THD）的输入电流。
    相关研究表明直流电压滤波问题所造成的原因是由于不平衡的逆变器的负 载电流和不平衡的输入电压造成的，然而，他们的控制目标不是提高电能质量的 投入，而是尽量减少直流环节电压。 一些研究人员已用开关函数概念的电力转换器，显示存在的谐波直流母线电 压。本文将用这些已量化的工程来处理谐波波动问题，仿真和实验结果将有效地 证明本文提出的新型控制技术。2 系统分析 一个标准的基于 DSP 控制在线式 UPS 系统如图 3 所示。系统由推动型的前端 整流器、直流链接、电压源逆变器构成。这两个功率转换器使用标准的空间矢量 PWM 控制，产生快速电压调节与总谐波失真最小化控制逆变器。 图 3 基于 DSP 控制的三相整流逆变控制系统模型 影响负载平衡分析如下。该逆变器的输入： 式中，SA,SB 和 SC 是交换功能的交换机顶端的三个逆变器的开关，如下： 扩大这些功能交换，假设标准正弦相位电流如下：
    式中，AK 是 k 阶的组成部分。AK≡0 的所有三角变换后，可以得出： 式中，Iinv0 是直流分量的逆变器输入电流；Iinvn 是 n 阶部分的电流。通 过公式（4）可看到，IoutA=IoutB=IoutC 和ΦA=ΦB=ΦC,同时有 Iinvn=0,如果 n>0 三相负载电流是平衡的。否则，交流成分存在会造成连锁反应。 由公式（4）可以得出，考虑到固定的三相电流，Iinv0 仅正比 A1,Iinv2 是一个 关于 A1 的线性组合，A3Iinv4 和 A3A5 是一个线性组合，等等。在低频率范围内， 由于 Ak≡0 所以 Iinv0=0. 根据标准空间矢量 PWM,各次谐波的算法： 式中，q=0,1,2,……∝；ωm 是调制频率；ωc 是载波频率；ωm≤ωc,a 是 调制指数；Jv（z）是第一类 Bessel 函数。公式（5）只适用于频率范围远远低 于载波频率，此时在一次波段的载波频率可以忽略不计。在本文的系统研究中， m/c=1/90 适用于规定计算，并假设调制指数： A1=1,A3=1.142×10-4,A5=3.020×10-8. 二次谐波会导致不平衡的前端三相输入电流。抑制二次谐波直流电压，不会 解决当前不平衡的问题，因为目前仍然是不稳定的控制策略，提出了要消除失控， 但有第二次谐波分量和反馈。 3 控制策略
    在电源应用中，基本逆变器输出的标准电压频率是 50Hz,但直流母线谐波必 须是两次，可设计以制止数字带阻滤波器与已知谐波频率。在数字滤波器中，便 以 2n 的低层和高层截止频率ω1 和ω2 来设计，使用 MATALAB 仿真。 离散时间滑模控制器（DSMC）,其中已被更为有效证明是用于内部电流环。 DSMC 仿真的描述如下。 在整流电路包括输入电感如图 3 可以作为一个模式 LTI 系统和代表的状态空 间。在离散时间，该系统可以被描述如下： 式中，输入电流 iin;整流控制电压 vpwm;输入电源电压 vin 都代表参加同步 dq 参照系数，Ai,Bi 和 Ei,为系统确定的电路参数。鉴于当前的逆变命令 iref （k）,DSMC 仿真相当于控制式如下： 直流母线电压和 PWM 技术可以用来确定整流控制电压限制速度，可以得到的 实际控制电压公式： 4 仿真结果 为了直观地比较传统和本文提出控制技术，在不平衡的负载下分别建立了不 同的模型。不良的负序分量的输入电流已接近消除，输入电流总谐波失真也会减 少。这一结果意味着，解耦之间的逆变器和整流器实现了在不平衡负载输入电流 直流环节。图 4 和图 5 显示不同的动态性能之间的控制器与谐波补偿的研究。通 过比较，可以得知，传统的控制技术存在不平衡的三相输入电流和低失真，本文 的控制技术是稳定的。
    图 4 传统控制策略的仿真结果 图 5 新型控制策略的仿真结果 5 实验结果
    基于两个数字控制器 TMS320C2812DSP 控制整流器和逆变器，分别在图 3 使 用相同的负载进行模拟实验。图 6 为在线收集的稳态下的直流电测量值和筛选值。 显然，直接测量 Udc 为代表的 100Hz 组成部分得到显着抑制，由四阶滤波器证明 了这一瞬态测试。 做以上重复的模拟实验，其结果如图 7 和图 8 所示。 图 6 测量 Udc 过滤 Udc 的实验结果 图 7 传统 iinAB 相的实验结果
    图 8 新型 iinAB 相的实验结果 可以看出，本文提出的控制技术提高了平衡的三相输入电流，相似的波形如 图 4 和图 5 的仿真结果。 6 结论 本文提出一种新型前端 PWM 整流的标准整流逆变控制技术系统，以实现解耦 之间的转换与直流电容在不平衡负载下连结三相逆变器，针对前端控制的整流器 在不平衡负载的影响分析，在此基础上设计和使用了电压电流环回路，制止 2 次谐波分量的直流电压反馈，对整流器和逆变器的输入电流进行过滤，使其不破 坏动态响应的直流母线电压。通过仿真和实验结果有效地证明了本文所提出的新 型控制技术。
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