固定開關(guān)頻率三電平PWM整流器直接功率控制

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。由于通過估計(jì)虛擬磁鏈來計(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。

二極管中點(diǎn)鉗,位三電平脈寬調(diào)制整流器是目前研究運(yùn)行比較多的一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),通過解析其基本拓?fù)?從空間矢量開關(guān)函數(shù)的角度上搭建了中點(diǎn)鉗位整流器之?dāng)?shù)學(xué)模型,轉(zhuǎn)換到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系后采取前饋解耦的方式建立了系統(tǒng)的電壓與電流之雙閉環(huán)控制系統(tǒng),控制整流系統(tǒng)的有功與無功功率解耦傳輸,進(jìn)而達(dá)到控制功率因數(shù)的效果。

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。為解決這一問題,在對兩電平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。

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(tái),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。

在大功率三電平整流器應(yīng)用中,為降低成本、提高性能,研究了一種無電網(wǎng)電壓傳感器三電平pwm整流器。在分析其數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上,采用三電平svpwm簡化算法,將傳統(tǒng)兩電平電壓空間矢量控制算法應(yīng)用于三電平,并結(jié)合一種新穎的虛擬磁鏈觀測器,提出了基于虛擬電網(wǎng)磁鏈定向的三電平pwm整流器矢量控制策略,在雙三電平變頻器系統(tǒng)中對其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該三電平pwm整流器可較好地穩(wěn)定直流母線電壓,提高整流器功率因數(shù),并具有良好的動(dòng)靜態(tài)特性。

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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。

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。

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。

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。

對三相三電平vienna型整流器進(jìn)行物理解耦,進(jìn)而分析單相三電平整流電路分別在連續(xù)和斷續(xù)導(dǎo)通模式下的數(shù)學(xué)模型,針對該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)提出了一種適合用于混合導(dǎo)通模式的前饋控制策略。定參數(shù)電流環(huán)僅適用于一個(gè)電流工作模式,出現(xiàn)混合導(dǎo)通模式時(shí),其控制效果很差。而在電流控制環(huán)中引入前饋,將理論上想要的占空比疊加在原電流環(huán)的輸出端,新的控制環(huán)便能適應(yīng)不同電流工作模式,從而大大降低電流總諧波失真度(thdi)。最后通過5kw三相實(shí)驗(yàn)樣機(jī),驗(yàn)證了該控制策略的可行性和有效性,在混合導(dǎo)通模式滿載時(shí)的功率因數(shù)(pf)接近于1。

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。

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。

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與矢量控制相比,直接功率控制(dpc)結(jié)構(gòu)簡單,應(yīng)用于風(fēng)電系統(tǒng)的雙饋異步發(fā)電機(jī)(dfig)能簡化變頻器控制結(jié)構(gòu),提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能。在分析dfig暫態(tài)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上推導(dǎo)了內(nèi)部狀態(tài)量與控制量之間的關(guān)系,提出了分別基于轉(zhuǎn)子磁鏈、轉(zhuǎn)子電流和電磁轉(zhuǎn)矩的3種dpc策略,并通過引入空間矢量調(diào)制(svm)技術(shù)使dpc策略的開關(guān)頻率保持恒定。這些策略在電網(wǎng)正常情況下能獲得優(yōu)良的靜態(tài)性能,而在非正常運(yùn)行狀態(tài)各自表現(xiàn)出不同的動(dòng)態(tài)特性,能適用于不同的控制目標(biāo)。理論分析與仿真實(shí)驗(yàn)證明,電網(wǎng)正常情況下各定頻dpc可有效實(shí)現(xiàn)有功、無功功率的解耦控制;電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)基于轉(zhuǎn)子磁鏈dpc(rf-dpc)可使dfig快速進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài),縮短振蕩時(shí)間;基于轉(zhuǎn)子電流dpc(rc-dpc)可抑制轉(zhuǎn)子電流振蕩,防止變頻器過流;基于電磁轉(zhuǎn)矩dpc(emt-dpc)可消除電磁轉(zhuǎn)矩脈動(dòng),減少對機(jī)組轉(zhuǎn)軸剪切應(yīng)力沖擊。

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)練樣本對其進(jìn)行訓(xùn)練,最后通過matlab軟件中m語言編程完成對故障分類系統(tǒng)的訓(xùn)練和測試。訓(xùn)練和測試的結(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。

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(chǔ)能中

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。針對變結(jié)構(gòu)控制存在的不足,采用pid趨近率來減小變結(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。

本文提出了一種通過調(diào)節(jié)pwm整流器功率因數(shù),來抑制交流傳動(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。

基于電壓空間矢量分析原理,提出了一種適用于開關(guān)管鉗位混合單相三電平整流器的雙滯環(huán)svpwm電流控制方法。分析了單相三電平整流器的工作模式,提出了一種四態(tài)雙滯環(huán)比較器來控制電流內(nèi)環(huán)。根據(jù)輸入比較器的誤差電流大小,輸出四種狀態(tài)值,結(jié)合由電動(dòng)勢與預(yù)測電流離散化計(jì)算得到的指令電壓矢量的所在區(qū)域,選擇最佳開關(guān)輸出矢量,使得電流誤差控制在系統(tǒng)要求范圍內(nèi)。通過matlab仿真,比較了跟蹤電壓矢量、兩態(tài)單滯環(huán)、四態(tài)雙滯環(huán)svpwm電流三種控制方法,仿真結(jié)果驗(yàn)證了四態(tài)雙滯環(huán)電流控制的優(yōu)越性,通過小功率樣機(jī)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了雙滯環(huán)控制算法的可靠性。