一种改进的电流滞环空间矢量控制PWM整流器的仿真研究.pdf-资料库

weixin_38730389-12171319-4744300845226052933.pdf-第1页.png

第1页 / 共8页

weixin_38730389-12171319-4744300845226052933.pdf-第2页.png

第2页 / 共8页

weixin_38730389-12171319-4744300845226052933.pdf-第3页.png

第3页 / 共8页

weixin_38730389-12171319-4744300845226052933.pdf-第4页.png

第4页 / 共8页

weixin_38730389-12171319-4744300845226052933.pdf-第5页.png

第5页 / 共8页

weixin_38730389-12171319-4744300845226052933.pdf-第6页.png

第6页 / 共8页

weixin_38730389-12171319-4744300845226052933.pdf-第7页.png

第7页 / 共8页

weixin_38730389-12171319-4744300845226052933.pdf-第8页.png

第8页 / 共8页

中国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn 一种改进的电流滞环空间矢量控制 PWM 整流器的仿真研究张传金，葛云涛，徐俊杰* （中国矿业大学信息与电气工程，江苏徐州 221008）摘要：本文介绍了三相电压型 PWM 整流器的主电路拓扑结构及其工作原理，并在此基础上给出了三相 VSR 的高频数学模型。针对电流内环的控制要求，采用滞环直接电流控制策略并对其控制方法进行了详细的分析。空间电压矢量控制技术具有直流侧电压利用率高、动态响应快等优点，为提高整流器性能将 SVPWM 调制技术同滞环电流控制相结合，同时提出了一种基于功率器件最小切换原则的改进控制方法。在 MATLAB/Simulink 软件环境下搭建了整个系统的模型并进行仿真，仿真结果验证了改进控制方法的可行性。关键词：PWM 整流；滞环电流控制；最小开关原则中图分类号：TM92 An improved hysteresis current control PWM rectifier simulation Zhang Chuanjin, Ge Yuntao, Xu Junjie (School of Information and Electrical Engineering.CUMT,JiangSu XuZhou 221008) Abstract: This article describes the three-phase voltage-type PWM rectifier topology of main circuit and its working principle. On this basis, given the high frequency three-phase mathematical model VSR. For the requirements of the inner current control, using direct current hysteresis control strategy and the control methods was in detail. Space voltage vector control with DC voltage high utilization rate, and quick dynamic response, for improving performance SVPWM modulation rectifier with hysteresis current control technique will be combined. And a kind of control method based on the principle of Minimum Switching principle of power device was offered in this article. In MATLAB / Simulink software environment built the whole system model and simulation results verify the feasibility of the improved control method. Keywords:PWM rectifier;Hysteresis current control;Minimum Switching principle 0 引言电压型 PWM 整流器的电流控制技术主要分为两大类, 即间接电流控制和直接电流控制。间接电流控制也称为相位和幅值控制, 它的优点在于控制简单, 无需设置交流电流传感器以构成电流闭环控制, 但它的主要问题在于电流动态响应不够快, 甚至交流侧电流中含有直流分量, 且对系统参数波动较敏感, 因而常用于那些对动态响应要求不高且控制结构要求简单的应用场合。直接电流控制是针对间接电流控制不足而提出来的,由于采用了网侧电流闭环控制, 使网侧电流动、静态性能得到了提高, 同时也使网侧电流控制对系统参数不敏感, 从而增强了电流控制系统的鲁棒性, 因此直接电流控制可以获得较高品质的电流响应, 但控制结构和算法较间接电流控制复杂[1]。将 SVPWM 调制技术应用于三相 VSR 将提高直流侧电压利用率，相同直流电压条件下，可提高三相 VSR 网侧电压设计，相对减少了三相 VSR 网侧电流，降低了 VSR 网侧及功率管通态损耗，同时 SVPWM 控制具有较低的开关频率降作者简介：张传金（1986-），男，硕士，主要研究方向：电力电子在电力系统中的应用. E-mail: chuanjin2359@yahoo.cn - 1 -

中国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn 低了开关损耗，提高了 VSR 运行效率。 1 三相 VSR 拓扑结构及 SVPWM 原理三相 VSR 的基本原理是通过控制整流桥臂上各功率器件的导通与关断，使电路的输入电流近似正弦，并且使其与输入电压同相位。当整流器的功率因数近似为 1 时，可称为单位功率因数整流器[1] (Unity Power Factor Rectifier)。将 PWM 技术引入整流器，可获得单位功率因数和非常接近正弦的输入电流。首先假设开关皆为理想开关，交流电源为三相对称理想电压源，忽略开关的死去时间，则有： = = e a E m E t E cos = ω m ( ) t cos 3/2 + πω ) ( t 3/2 cos − πω （1） ⎧ ⎪ e ⎨ b ⎪ e ⎩ b 图 1 是典型的三相 VSR 的电路拓扑结构图，主要包括交流侧电感、直流输出电容、以及由全控开关器件和续流二极管组成的三相半桥电路， ae 、 be 、 ce 为电源电压， ai 、 bi 、 ci 为输入电流， SR 为回路电阻， SL 为三相滤波电感， LR 为负载电阻。 m 图 1. 三相 VSR 的电路拓扑结构图 − N 0 a N 0 − − + + a b = e a = e b Ri + v + v Ri ) ) ) ( sv dc ( sv dc ( sv dc 三相 VSE 的数学模型为[1] [2]： diL ⎧ a ⎪ dt ⎪ diL ⎪ b dt ⎪ diL ⎪ c ⎨ dt ⎪ dv ⎪ C dc dt ⎪ ⎪ v −= ⎪ ⎩ 式中： iS 为开关函数，三相 VSR 上下桥臂开关管的控制信号互补，故 iS 定义为： 1=iS （2） = v dc 3 ∑ s cbai , = si aa − R l si bb N 0 v si c c + v Ri c e L = e c b c dc − i , + + + N 0 - 2 -

中国科技论文在线 0=iS http://www.paper.edu.cn 上桥臂导通，下桥臂关断，三相 VSR 空间电压矢量描述三相 VSR 交流侧电压( v )cba 上桥臂关断，下桥臂导通( i , ,= )0 v v , , 在复平面上的空间分 c b 0 ， ( ) 布，对于 VSR 整流器 6 哥开关器件，有 8 种工作模式，分别为 ( ) 0V 1V 000 ( 3V 010 。不同开关组合时的电压情况如表 1 所示[3]。， ( 4V ， ( 7V ， ( 6V ， ( 5V ， ( 2V )011 )101 )001 )111 100 110 。 ) ) a 0 ， Ub 0 Uc 0 Ua 0 表 1.开关组合所对应的电压矢量 Sc 0 1 0 1 0 1 0 1 Sa 0 0 0 0 1 1 1 1 从表 1 中可以看出,三相 VSR 不同开关组合中的交流侧电压可以用一个模为 2/3Ud -1/3Ud 1/3Ud -1/3Ud 1/3Ud -2/3Ud -1/3Ud -1/3Ud -2/3Ud 2/3Ud 1/3Ud 1/3Ud -1/3Ud 2/3Ud 1/3Ud -1/3Ud -2/3Ud 1/3Ud Sb 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 Ud U0 U5 U3 U4 U1 U6 U2 U7 2 bcU 3/ 的空间电压矢量在复平面上表示。因三相 VSR 开关的组合有限，因而空间电压矢量共有 8 条，其中有 6 条有效矢量 2 所示。为零矢量。电压空间矢量分布如图，而矢量 ( 0V 1 ~ V V 6 、 ( 7V )111 000 ) 图2.电压矢量的空间分布 2 基于 SVPWM 的滞环电流控制策略 2.1 滞环比较原理滞环比较原理如图 3 所示[4]。H 为滞环宽度。对于 A 相，假设网侧电流 H ，当 A 相电流上升到 5.0 5.0 5.0 则 A 相电流从 H H > i i ，VT4 导通， 0>ai 后，开关管立即关 * + a a ia * − ia * + - 3 -

中国科技论文在线断，此时，有二极管 VD1 续流，电流从 ia * + 后，VT4 又导通，如此循环。若网侧电流时 VD4 续流。其他两项可做类似分析。 H 5.0 0

中国科技论文在线 )cbaik Δ 为更好的利用 ( , , http://www.paper.edu.cn 的正负性来判别误差电流矢量 IΔ 的空间位置，将图 1 中的电压空间矢量区域划分按顺时针旋转 6/π ，即可为获得 IΔ 的空间区域划分，如图 4 所示图 4. 误差电流矢量 IΔ 的区域划分 Ld I /Δ I >Δ 若设定滞环宽度为 WI ，则当，使具有与误差电流矢量 IΔ 方向相反的最小分量，以确保电流矢量 I 在跟踪 )70=kVk 其对应的指令电流矢量 *I 的同时，限制电流变化率以抑制电流谐波；当不切换，从而限制平均开关频率。可以得出 ( 的选择控制如表 2 所示[1]。时原有 ( 时选择三相 VSR 空间电压矢量 ( )70=kVk 0=kVk I ≤Δ )7 WI WI dt *V 区域 1 2 3 4 5 6 Ⅰ 1V 2V 7,0V 7,0V 6V 1V 表2.电压空间矢量选择控制规律 IΔ 区域 Ⅱ 2V 2V 3V 7,0V 7,0V 1V Ⅲ 2V 3V 3V 4V 7,0V 7,0V Ⅳ 7,0V 3V 4V 4V 5V 7,0V Ⅴ 7,0V 7,0V 4V 5V 5V 6V Ⅵ 1V 7,0V 7,0V 5V 6V 6V 2.3 矢量 IΔ 、 *V 的区域检测及 kV 的逻辑运算只有先确定空间矢量 IΔ 、 *V 的所在区域后，才能确定 ( ciΔ 滞环比较器的输出逻辑变量分别为 aB 、 bB 、 cB ，则记为 0=kVk )7 。设 aiΔ 、 biΔ 、 jB = 1 ⎧ ⎨ 0 ⎩ j I i >Δ W i I −<Δ j j ( )cba ,= , W （7）即可以得到矢量 IΔ 区域判定的逻辑关系为 ⎧ ⎪ ⎨ ⎪ ⎩ BBB a c BBB a c BBB a c BBB a c BBB a c BBB a c = = = = = = 1 2 3 4 5 6 I I I I I I ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ b b b b （8） b b - 5 -

中国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn cv 的相关极性来确定矢量 *V 的所在区域，记为 bv 、 * av 、 * 可以通过 * ( ) v v sign * * − b a ) ( sign v v * * − c b ( ) sign v v * * − a c = = = X Y Z ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ 4 5 6 1 2 3 = = = = = = ZYX ZYX ZYX ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ （10）（9） VZYX VZYX VZYX ⎧ ⎪ ⎨ ⎪ ⎩ 容易获得矢量 *V 区域判定的逻辑关系为 V ⎧ ⎪ V ⎨ ⎪ V ⎩ 以上通过相关的逻辑运算，确定了矢量 IΔ 、 *V 的所在区域，根据矢量 IΔ 、 *V 所处选择的逻辑运算关系。采用表 1 中所示的开关函 )7 区域的逻辑变量则可以得出 ( 0=kVk 数 aS 、 bS 、 cS 的组合来描述 kV ，则有 ) ( ) )6 Sa I I I V I I V 3 2 1 6 1 2 2 5 + + + ⋅ ⋅ + + + ) ( ) )4 Sb V I I I I I V 3 2 2 1 3 2 4 3 + + ⋅ + ⋅ + + + ) ( ) )6 I Sc V I I I I V 3 5 4 4 4 5 6 5 + + ⋅ + + + + 这样就得到了 ( )7 0=kVk ，但以上算式不包括 7V 的选择，所有的零矢量均采用 0V 代。当需要从非 I I 1 2 + + ) V 5 4 ⋅ + ) V 6 6 + ⋅ ) V 6 6 + ⋅ I 4 3 + + I 4 5 + + ( I 1 + ( I 2 + ( I 1 ⋅ + ( I 1 ⋅ ( I 1 ⋅ ( I 3 ⋅ I 5 ( I 3 ( I 5 + + + I I I V V V = = = I I I ( I I N k = S a + S b + S c 替。为了遵循功率开关器件切换最小原则，设开关和变量零矢量切入到零矢量状态，首先对 kN 进行判断当采用 7V 作为零矢量。 3 系统仿真 1≤kN 时采用 0V 作为零矢量，当 1>kN 时采用电流滞环 SVPWM 控制方式的三相 PWM 整流系统仿真模型如图 5 所示,各项仿真参数设置为：电网电动势有效值为 110v，频率为工频 50Hz，交流侧电感为 10mh,交流侧等 E 3> 效电阻取 0.1Ω。由于，所以直流测电压设定为 500v，负载等效电阻为 55Ω。滞环宽度 WI 设定为 0.1A[6] [7]。 v dc m 图 5. 三相 PWM 整流系统仿真模型 - 6 -

中国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn *V 矢量的计算及其所在区域判断的逻辑运算系统仿真如图 6 所示。图 6. *V 区域判断逻辑运算电流滞环控制及 IΔ 矢量所在区判断的罗就运算的系统仿真如图 7 所示。图 7. IΔ 区域判断逻辑运算（a）A 相电压电流变化（b）直流侧电压值及其变化 - 7 -

中国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn （c）直流侧电流值及其变化图 8.突加负载时电压电流变化从图 8a 中看出输入电流抗扰能力强，基本保持单位功率因数运行。从图 8b 中看出在突加负载时，输出直流电压超调量约为 9.1%，恢复时间为 110ms。正常情况下直流电压比较平稳，波动小。 4 结论传统的整流装置产生大量的谐波，对电网造成严重污染。随着对电能质量的要求越来越高，半控或不可控整流已经不能满足要求，研究绿色、高效、性能可靠的整流装置显得更加迫切。三相高功率因数整流器是实现“绿色”、高效的整流装置。采用滞环比较控制策略跟踪电网电压，能够较好地实现整流装置的高功率因数运行，而且基本不会对电网产生谐波污染，是一种较好的控制方法。同时本文提出了一种方案，有效地遵循了最小开关次数原则，降低了开关损耗，并给出了系统的建模仿真。仿真结果验证了该方法可行性和实用性。 [参考文献] (References) [1] 张崇巍，张兴. PWM 整流器及其控制[M]. 北京：机械工业出版社，2003. [2] 接峰.三相 PWM 整流器及其控制[D]. 浙江：浙江大学，2004. [3] 基于 SVPWM 控制技术的三相电压型整流器及其应用[J].电气开关，2007,1:36~39. [4] 权广力.三相高功率因数电压型 PWM 整流器的研究[D]. 山东：山东大学，2006. [5] 王超，张代润等.基于滞环控制的三相高功率因数整流器[J].电焊机，2010,40(1):44~47. [6] 祁强，张广益.三相 PWM 整流技术研究与仿真[J]. 系统仿真技术，2009,5(2):81~84. [7] 洪乃刚. 电力电子和电力拖动控制系统的 MATLAB 仿真[M]. 北京：机械工业出版社，2006. - 8 -

资料库

一种改进的电流滞环空间矢量控制PWM整流器的仿真研究.pdf

相关推荐

开发技术

热门标签

最新资料