三相PWM整流器雙閉環(huán)PI調(diào)節(jié)器新型設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)pwm整流器直接功率控制(dpc)中,靠近基本電壓矢量的地方,容易出現(xiàn)無功功率失控現(xiàn)象,導(dǎo)致網(wǎng)側(cè)電流出現(xiàn)畸變和較大的直流電壓波動(dòng)。從pwm整流器瞬時(shí)功率數(shù)學(xué)模型出發(fā),分析了開關(guān)矢量對瞬時(shí)有功功率和無功功率的作用機(jī)理,設(shè)計(jì)了一種基于新扇區(qū)空間劃分方法和新開關(guān)矢量表的pwm整流器dpc策略,該方法具有兼顧有功功率調(diào)節(jié)的快速性、抑制無功波動(dòng)和降低開關(guān)頻率的功能。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了該方法的有效性和可行性。

為了提高電流型pwm整流器網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)和系統(tǒng)抗干擾能力,提出了采用互聯(lián)和阻尼分配無源控制方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)控制器的新型控制策略。根據(jù)能量成型和端口受控哈密頓控制原理,建立了電流型pwm整流器的端口受控耗散哈密頓（pchd）模型,根據(jù)系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)目標(biāo),求取了期望穩(wěn)定平衡點(diǎn)。通過配置與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)兼容的能量函數(shù),在期望穩(wěn)定平衡點(diǎn)處設(shè)計(jì)了鎮(zhèn)定的控制器,實(shí)現(xiàn)了電流型pwm整流器單位功率因數(shù)運(yùn)行、直流電流快速達(dá)到期望值并穩(wěn)定運(yùn)行于平衡點(diǎn)的控制目標(biāo),仿真結(jié)果證明了該方案的可行性。

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在低開關(guān)頻率時(shí)采用傳統(tǒng)電流調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)對pwm整流器進(jìn)行控制,將導(dǎo)致dq軸電流的嚴(yán)重耦合,甚至系統(tǒng)不能正常工作。本文分析了pwm整流器的離散化模型,考慮實(shí)際系統(tǒng)中存在的pwm延遲,基于復(fù)矢量概念并結(jié)合整流器離散特性進(jìn)行了直接離散化電流調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)方法不需要進(jìn)行雙線性變換,且其閉環(huán)系統(tǒng)與采樣周期無關(guān),性能穩(wěn)定。通過幾種離散化調(diào)節(jié)器的仿真結(jié)果對比顯示了直接設(shè)計(jì)離散電流調(diào)節(jié)器的優(yōu)越性能。

針對在線式不間斷電源系統(tǒng)(ups)中的ac/dc整流器,設(shè)計(jì)了一套基于dqo軸控制的三相四線電壓型pwm整流器的控制策略。介紹了該整流器的拓?fù)?推導(dǎo)了其主電路的數(shù)學(xué)模型;給出了帶有正負(fù)母線電壓平衡特性的雙環(huán)控制的結(jié)構(gòu)框圖,并分別設(shè)計(jì)了電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)的控制參數(shù);最后制作了一臺實(shí)驗(yàn)樣機(jī)并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,所設(shè)計(jì)的控制器性能優(yōu)良,可實(shí)現(xiàn)所要求的電網(wǎng)側(cè)高功率因數(shù)、低電流諧波畸變率(thd)以及輸出側(cè)正負(fù)直流母線電壓平衡等特性。

建立了三相四線電壓型pwm整流器在兩相同步旋轉(zhuǎn)dq0坐標(biāo)系下的el(euler-lagrange,el)數(shù)學(xué)模型。根據(jù)控制目標(biāo),基于pwm整流器的el模型,結(jié)合pi控制器設(shè)計(jì)了混合無源控制器。為實(shí)現(xiàn)誤差能量函數(shù)快速收斂到期望平衡點(diǎn),采用了阻尼注入方法設(shè)計(jì)了無源控制器;進(jìn)而確定出dq0坐標(biāo)系下所需的開關(guān)函數(shù)。由于無源控制器是在保證pwm整流器穩(wěn)定的前提下,由阻尼注入和pi控制器參數(shù)的大小調(diào)節(jié)pwm整流器的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能,具有易于調(diào)試和工程實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)。電網(wǎng)平衡和不平衡情況下仿真表明了三相四線電壓型pwm整流器混合無源控制器應(yīng)用的可行性。

提出了一種新型脈寬調(diào)制(pwm)瞬態(tài)電流控制方法。該方法針對整流器啟動(dòng)瞬時(shí)電流過沖現(xiàn)象,當(dāng)電流在閾值范圍內(nèi)變化時(shí),采用常規(guī)瞬時(shí)電流控制方法以實(shí)現(xiàn)整流器的功能目標(biāo);而當(dāng)電流越限時(shí),采用瞬態(tài)電流過沖控制器以抑制電流過沖。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,采用新型電流控制策略時(shí),pwm整流器在可控整流啟動(dòng)過渡過程中未出現(xiàn)明顯的電流過沖現(xiàn)象。該控制方法實(shí)現(xiàn)簡單,易于工程應(yīng)用。

與傳統(tǒng)的兩電平變換器相比,多電平變換器輸出電平數(shù)增加,輸出波形階梯增多,更加接近目標(biāo)調(diào)制波。分析了三相三電平三開關(guān)vienna整流器的工作原理,介紹了電路的實(shí)現(xiàn)方法,給出了主電路及采樣電路的設(shè)計(jì)。搭建了一個(gè)800w的實(shí)驗(yàn)平臺,利用tms320f2812dsp來實(shí)現(xiàn)控制算法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,所設(shè)計(jì)的電路能滿足預(yù)定的要求,在工業(yè)控制中應(yīng)用前景廣闊。

三相pwm整流器功率因數(shù)校正實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵在于如何得到與輸入電壓同相位的輸入電流,同時(shí)要保證當(dāng)負(fù)載變化時(shí),輸出電壓能夠迅速地跟蹤參考值并且穩(wěn)定下來。首先根據(jù)六開關(guān)三相boost型整流器的物理模型,分別建立了以電感電流和電容電壓為狀態(tài)向量的數(shù)學(xué)方程,然后把靜止三相坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到旋轉(zhuǎn)d-q坐標(biāo)下進(jìn)行電流內(nèi)環(huán)的滯環(huán)控制,電壓外環(huán)的滑模控制。通過仿真,表明該控制方法具有較強(qiáng)的魯棒性和良好的動(dòng)態(tài)特性,輸入電流諧波較小。

針對傳統(tǒng)無差拍電流預(yù)測控制算法在電網(wǎng)電壓畸變時(shí)無法準(zhǔn)確跟蹤電流參考值的問題,提出了基于電網(wǎng)電壓預(yù)測的無差拍電流控制方法。首先分析了電網(wǎng)電壓諧波對無差拍控制的影響,而后利用重復(fù)控制原理對未來兩個(gè)周期的電網(wǎng)平均電壓進(jìn)行預(yù)測和補(bǔ)償,消除了電網(wǎng)電壓整數(shù)次諧波對電網(wǎng)電流的影響,降低了電網(wǎng)電流諧波。通過進(jìn)一步分析,證明了該控制算法保持了傳統(tǒng)無差拍控制良好的動(dòng)態(tài)性能,并對算法的穩(wěn)定性、參數(shù)魯棒性和靜態(tài)誤差進(jìn)行了分析。最后通過仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了提出方法的正確性和有效性。

為控制直流側(cè)電壓恒定,保證整流器單位功率因數(shù)運(yùn)行,從能量守恒的角度,根據(jù)lyapunov穩(wěn)定性理論,提出一種新的瞬時(shí)功率控制策略,該控制策略包含一個(gè)pi控制器和負(fù)載電流前饋補(bǔ)償,給出了瞬時(shí)功率控制應(yīng)用pi控制器的理論依據(jù),同時(shí)提出一種規(guī)范化極點(diǎn)配置電流解耦方案,解耦方法簡單易行,實(shí)現(xiàn)d-q軸電流解耦。仿真結(jié)果驗(yàn)證了該方法的正確性和有效性。

風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)逆變器雙閉環(huán)PI調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)

諧波污染已引起世界各國的高度重視。功率因數(shù)校正(pfc)是治理諧波的一種有效方法。本文研究了基于單周期控制的三相三開關(guān)高功率因數(shù)整流器,推導(dǎo)了三相三開關(guān)升壓整流器的控制規(guī)律,設(shè)計(jì)了一種基于單周期控制技術(shù)的pfc控制器,該控制器不需要乘法器,更不需要對電源電壓進(jìn)行檢測,其控制邏輯非常簡單且以恒定頻率工作。完成了7kw三相高功率因數(shù)整流器的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究,進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)與動(dòng)態(tài)響應(yīng)試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果表明系統(tǒng)的功率因數(shù)可達(dá)0.98,且實(shí)現(xiàn)了單位功率因數(shù)校正和低電流畸變。

1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)........................................................1 1.1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的介紹.............................................1 1.2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成...........................................2 1.3雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性.............................2 1.4雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型...................................4 2.電流調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)............................................................4 2.1

六開關(guān)三相四線pwm整流器拓?fù)涫沁m合于中大功率高頻ups裝置的前級整流器拓?fù)?。與常規(guī)的六開關(guān)三相三線整流器相比,三相四線整流器輸出正負(fù)直流母線,并且輸入側(cè)存在零序電流通路,如果沿用三相三線整流器的控制方法,必然會引起很大的中線電流。針對此問題。討論了三相四線pwm整流器輸出為正負(fù)直流母線電壓均衡控制和中線電流控制問題,建立了三相四線整流器數(shù)學(xué)模型,分析了中線電流產(chǎn)生的機(jī)理以及抑制的方法,設(shè)計(jì)了基于同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的三相四線整流器的控制算法。在功率40kw的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)上驗(yàn)證了控制方法的有效性,保證了輸出正負(fù)母線電壓的平衡及較小的輸入電流諧波。

六開關(guān)三相四線pwm整流器拓?fù)涫沁m合于中大功率高頻ups裝置的前級整流器拓?fù)?與常規(guī)的六開關(guān)三相三線整流器相比,三相四線整流器輸出正負(fù)直流母線,并且輸入側(cè)存在零序電流通路,如果沿用三相三線整流器的控制方法,必然會引起很大的中線電流.針對此問題.討論了三相四線pwm整流器輸出為正負(fù)直流母線電壓均衡控制和中線電流控制問題,建立了三相四線整流器數(shù)學(xué)模型,分析了中線電流產(chǎn)生的機(jī)理以及抑制的方法,設(shè)計(jì)了基于同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的三相四線整流器的控制算法.在功率40kw的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)上驗(yàn)證了控制方法的有效性,保證了輸出正負(fù)母線電壓的平衡及較小的輸入電流諧波.

三相電壓型PWM整流器設(shè)計(jì)方法的研究

1 dsp、cpld在電流型pwm整流器中的應(yīng)用 馬韜，彭詠龍，石新春 （華北電力大學(xué)電氣工程學(xué)院，保定071003） 摘要：提出了一種簡單的雙閉環(huán)spwm的直接電流控制 方法，詳細(xì)分析了該電路的數(shù)學(xué)模型，并對該電路進(jìn)行了 psim仿真，最后利用dsp和cpld控制器實(shí)現(xiàn)了整流器的 全數(shù)字控制。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了該控制策略的正確性和 可行性。 關(guān)鍵詞：dsp；cpld；csr；雙閉環(huán) 0引言： 從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上pwm整流器可分為電壓型和電 流型兩大類。長期以來，電壓型pwm整流器 (voltagesourcerectifier——vsr)以其較低的損耗、 簡單的結(jié)構(gòu)及控制等優(yōu)點(diǎn)一直成為pwm整流器研 究的重點(diǎn)，但隨著大功率變流技術(shù)的發(fā)展特別是電 流型pwm整流器(currentsourcerectifier—csr) 在超導(dǎo)儲能中

研究了基于單周期控制的三相六開關(guān)高功率因數(shù)整流器,推導(dǎo)了三相六開關(guān)升壓整流器的控制規(guī)律,設(shè)計(jì)了一種基于單周期控制技術(shù)的pfc控制器,完成了2kw三相高功率因數(shù)整流器的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明,該系統(tǒng)的功率因數(shù)可達(dá)0.991,實(shí)現(xiàn)了單位功率因數(shù)校正和低電流畸變。

整流器模型建立直接影響控制策略,通常系統(tǒng)采用基爾霍夫定律和拉格朗日方程建立數(shù)學(xué)模型,其狀態(tài)變量間存在耦合。文中針對開關(guān)函數(shù)描述的數(shù)學(xué)模型為非線性且控制器設(shè)計(jì)困難的特征,采用開關(guān)周期平均法建立系統(tǒng)平均模型,分離擾動(dòng)得到穩(wěn)態(tài)模型和線性時(shí)不變的小信號模型。結(jié)果表明,小信號模型較傳統(tǒng)模型更有利系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)。

整流器模型建立直接影響控制策略,通常系統(tǒng)采用基爾霍夫定律和拉格朗日方程建立數(shù)學(xué)模型,其狀態(tài)變量間存在耦合。文中針對開關(guān)函數(shù)描述的數(shù)學(xué)模型為非線性且控制器設(shè)計(jì)困難的特征,采用開關(guān)周期平均法建立系統(tǒng)平均模型,分離擾動(dòng)得到穩(wěn)態(tài)模型和線性時(shí)不變的小信號模型。結(jié)果表明,小信號模型較傳統(tǒng)模型更有利系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)。

基于Matlab的三相電壓型PWM整流器建模與仿真