PWM整流器直接功率控制開關(guān)表優(yōu)化方法

直接功率控制(dpc)動(dòng)態(tài)響應(yīng)比電壓定向控制(voc)要快,提出了一種無(wú)交流電壓傳感器的三相電壓型pwm整流器基于虛擬電網(wǎng)磁鏈的直接功率控制策略。由于通過(guò)估計(jì)虛擬磁鏈來(lái)計(jì)算功率,因此可省略網(wǎng)側(cè)電壓傳感器,該控制結(jié)構(gòu)為直流輸出電壓外環(huán),功率控制內(nèi)環(huán)節(jié)。仿真結(jié)果表明,系統(tǒng)可達(dá)到單位功率因數(shù),電流畸變小,具有良好的動(dòng)靜態(tài)性能,方案切實(shí)可行。

本文介紹了三相電壓型pwm整流器的數(shù)學(xué)模型,針對(duì)基于滯環(huán)比較器的傳統(tǒng)直接功率控制的諸多缺點(diǎn),提出雙開關(guān)表直接功率控制的三相電壓型pwm整流器。結(jié)果表明,該控制策略可行,并且改善了三相電壓型pwm整流器的性能。

本文提出了一種通過(guò)調(diào)節(jié)pwm整流器功率因數(shù),來(lái)抑制交流傳動(dòng)的列車處于再生制動(dòng)時(shí)因受電弓處電壓過(guò)高而導(dǎo)致再生失效的方法。分析了列車再生制動(dòng)時(shí),為了抑制受電弓電壓升高,所需的pwm整流器功率因數(shù)角調(diào)節(jié)的范圍,給出了在pwm整流器的預(yù)測(cè)電流控制的基礎(chǔ)上改進(jìn)策略并實(shí)現(xiàn)其功率因數(shù)調(diào)節(jié)的方案。在考慮無(wú)功傳輸導(dǎo)致的線路功率損耗的情況下,計(jì)算了抑制受電弓電壓上升所需要的pwm整流器功率因數(shù)角調(diào)節(jié)的大小,并通過(guò)仿真驗(yàn)證了方案的可行性。

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(duì)整流器啟動(dòng)瞬時(shí)電流過(guò)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(guò)沖控制器以抑制電流過(guò)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(guò)渡過(guò)程中未出現(xiàn)明顯的電流過(guò)沖現(xiàn)象。該控制方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單,易于工程應(yīng)用。

提出了pwm整流器的等效電路并在dq坐標(biāo)系下進(jìn)行了建模分析,對(duì)采用變結(jié)構(gòu)的電流控制環(huán)和pi電壓控制環(huán)的雙閉環(huán)的控制器進(jìn)行了深入分析。針對(duì)變結(jié)構(gòu)控制存在的不足,采用pid趨近率來(lái)減小變結(jié)構(gòu)控制的抖振及到達(dá)滑模面的時(shí)間,在對(duì)pid趨近率設(shè)計(jì)進(jìn)行理論分析的基礎(chǔ)上提出了一種優(yōu)化變結(jié)構(gòu)控制策略。對(duì)該優(yōu)化控制器的設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的分析并進(jìn)行了仿真與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,結(jié)果表明所提出的優(yōu)化變結(jié)構(gòu)控制策略可以實(shí)現(xiàn)pwm整流器的單位功率因數(shù)運(yùn)行,且輸入電流畸變較小,在負(fù)載變化時(shí)可以保證系統(tǒng)的快速調(diào)節(jié),動(dòng)、靜態(tài)調(diào)控特性較好。

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(jiǎn)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。

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針對(duì)一種三相混合開關(guān)pwm電流型整流器電路拓?fù)溥M(jìn)行改進(jìn),并提出一種優(yōu)化的空間矢量控制方法。該混合開關(guān)整流器在大功率領(lǐng)域具有顯著的電流特性和成本優(yōu)勢(shì),并能有效地降低對(duì)電網(wǎng)造成的諧波污染。使用優(yōu)化的電流型空間矢量進(jìn)一步提高該混合開關(guān)電流型整流器的工作頻率,減小了系統(tǒng)濾波元器件的成本和體積。電路仿真以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果均驗(yàn)證該改進(jìn)的混合開關(guān)整流器使用優(yōu)化的空間矢量控制可實(shí)現(xiàn)高功率因數(shù)運(yùn)行,并有很好的諧波抑制效果。

為了提高中壓大功率pwm整流器出力,需要降低pwm開關(guān)頻率,但將造成pwm整流器id、iq電流分量耦合嚴(yán)重的現(xiàn)象。為解決這一問(wèn)題,在對(duì)兩電平pwm整流器進(jìn)行復(fù)矢量信號(hào)建模的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)新穎的基于復(fù)矢量的電流調(diào)節(jié)器,該調(diào)節(jié)器能在低開關(guān)頻率下實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)側(cè)電流d、q分量的有效解耦。matlab仿真及dsp實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了本設(shè)計(jì)方法的可行性。

研究了一種高功率因數(shù)的雙開關(guān)升壓整流器的單周期控制方法。在該整流器中,二極管整流電路和功率因數(shù)校正環(huán)節(jié)結(jié)合在一起,減少了導(dǎo)通損耗,具有效率高,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。但是由于升壓電感在交流側(cè),電流和電壓檢測(cè)不是很方便。為此,引進(jìn)單周期控制技術(shù),它不需要檢測(cè)交流輸入電壓,而且對(duì)輸入電流的檢測(cè)也相對(duì)簡(jiǎn)單。同時(shí)單周期控制電路具有簡(jiǎn)單可靠、響應(yīng)快、成本低、易于實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)。文中較為詳細(xì)地分析了單周期控制雙開關(guān)升壓整流器的工作原理和實(shí)現(xiàn)方式,最后在pspice中進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。

介紹一種新的大功率整流器電流檢測(cè)方法,不需要電流檢測(cè)元件,而是測(cè)量整流器輸出極杠上沿著電流方向的兩點(diǎn)之間的電勢(shì)差,從而間接檢測(cè)電流,并用貼片熱電阻測(cè)量輸出極杠上檢測(cè)電勢(shì)差的兩點(diǎn)之間的溫度,以實(shí)現(xiàn)對(duì)極杠發(fā)熱引起的測(cè)量誤差的補(bǔ)償。

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(jiǎn)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(duì)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(zhǎng)期以來(lái)，電壓型pwm整流器 (voltagesourcerectifier——vsr)以其較低的損耗、 簡(jiǎn)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(chǔ)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。

諧波污染已引起世界各國(guó)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(duì)電源電壓進(jìn)行檢測(cè),其控制邏輯非常簡(jiǎn)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。

功率因數(shù)校正(pfc)是治理諧波的一種有效方法。設(shè)計(jì)了一種新型高效單相boost高功率因數(shù)整流器,主電路在傳統(tǒng)的boost電路中加入無(wú)源無(wú)損軟開關(guān)網(wǎng)絡(luò),在不改變電路原有工作原理、模式的情況下降低了du/dt和di/dt,提高了電路效率?？刂齐娐凡捎胕r1150作為主控芯片,簡(jiǎn)化了pfc電路的設(shè)計(jì)并縮小了裝置體積。分析了單周期控制的功率因數(shù)校正原理與無(wú)源無(wú)損網(wǎng)絡(luò)的工作原理,對(duì)高功率因數(shù)整流器的主要模塊進(jìn)行了詳細(xì)分析與設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)了一種新型薄銅帶工藝?yán)@制的帶中心抽頭的三點(diǎn)式電感,有效地減小了高頻集膚效應(yīng),改善了boost變換器的開關(guān)調(diào)制波形并降低了磁件溫升。250w的樣機(jī)試驗(yàn)表明,該高功率因數(shù)整流器設(shè)計(jì)合理、性能可靠,功率因數(shù)可達(dá)0.993,實(shí)現(xiàn)了開關(guān)管開通時(shí)的零電流開通和關(guān)斷時(shí)的零電壓關(guān)斷。

單周期控制方式是一種大信號(hào)非線性模擬控制方式。它僅需要幾個(gè)數(shù)字邏輯器件就可完成單位功率因數(shù)的控制任務(wù),具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)。本文對(duì)基于單周期控制的三相三開關(guān)三電平整流器(vienna)進(jìn)行了深入研究,推導(dǎo)了其單周期控制方程,并分析了在兩個(gè)輸出電容電壓不相等情況下的電壓平衡問(wèn)題,說(shuō)明了在單周期控制方式下輸出電容電壓可以達(dá)到平衡狀態(tài)。最后進(jìn)行了整個(gè)系統(tǒng)的仿真與試驗(yàn)驗(yàn)證,仿真與試驗(yàn)結(jié)果證明了理論分析的正確性。

分析了vienna整流器在橋臂各個(gè)功率器件出現(xiàn)開路故障時(shí)所呈現(xiàn)的故障特征,指出了各橋臂續(xù)流二極管的開路故障對(duì)整流器的危害最大。進(jìn)一步提出了利用三相輸入電流直流分量以及輸出電壓交流紋波作為功率器件開路故障診斷的故障特征值。構(gòu)建了基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的功率開關(guān)開路故障分類系統(tǒng),并將所提取的故障特征值作為輸入訓(xùn)練樣本對(duì)其進(jìn)行訓(xùn)練,最后通過(guò)matlab軟件中m語(yǔ)言編程完成對(duì)故障分類系統(tǒng)的訓(xùn)練和測(cè)試。訓(xùn)練和測(cè)試的結(jié)果表明,訓(xùn)練后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障分類系統(tǒng)可很好地對(duì)vienna整流器除續(xù)流二極管外的功率器件開路故障進(jìn)行定位。

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(wú)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(duì)瞬時(shí)有功功率和無(wú)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(wú)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(wú)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(guò)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。

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(duì)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(hào)模型。結(jié)果表明,小信號(hào)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(duì)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(hào)模型。結(jié)果表明,小信號(hào)模型較傳統(tǒng)模型更有利系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)。

通過(guò)分析三相脈寬調(diào)制(pwm)整流器在d-q旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型,設(shè)計(jì)了具有前饋解耦控制的pwm整流器雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)對(duì)電流內(nèi)環(huán)的控制要求設(shè)計(jì)電流比例積分(pi)調(diào)節(jié)器,提出按閉環(huán)幅頻特性峰值(mr)最小準(zhǔn)則來(lái)確定調(diào)節(jié)器參數(shù)的方法;根據(jù)系統(tǒng)對(duì)電壓外環(huán)的控制要求,采用模最佳整定法來(lái)設(shè)計(jì)電壓pi調(diào)節(jié)器。最后對(duì)整個(gè)pwm整流器雙閉環(huán)控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真,仿真結(jié)果驗(yàn)證了pi調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)的正確性。