電流型PWM整流器及其控制策略的研究.pdf

1、PWM整流器根據(jù)直流儲(chǔ)能元件不同可分為電壓型PWM整流器和電流型PWM整流器。電流型PWM整流器具有控制電流更直接方便、動(dòng)態(tài)響應(yīng)更快以及內(nèi)在的短路保護(hù)能力等優(yōu)點(diǎn)，在中等功率應(yīng)用場(chǎng)合將具有廣泛的應(yīng)用前景。超導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展，解決了電流型PWM整流器的儲(chǔ)能效率問題，為電流型PWM整流器在大功率場(chǎng)合的應(yīng)用提供了優(yōu)勢(shì)。本文著重研究了電流型PWM整流器及其控制策略，主要包括以下幾方面的內(nèi)容。 建立了三相電流型PWM整流器在三相靜止坐標(biāo)系、兩相

2、靜止坐標(biāo)系和兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的低頻和高頻時(shí)域數(shù)學(xué)模型，為電流型PWM整流器的控制系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ)。論文研究了三相電壓型和電流型PWM整流器的頻域數(shù)學(xué)模型，分析了兩種整流器SPWM輸出的頻譜構(gòu)成，并對(duì)兩種整流器的直流輸出進(jìn)行了比較。在此基礎(chǔ)上，對(duì)三相電壓型和電流型PWM整流器用于有源濾波器(Activepowerfilter，APF)的傳輸帶寬進(jìn)行了對(duì)比研究。 論文提出了三相電流型PWM整流器三邏輯SPWM的數(shù)字實(shí)現(xiàn)技術(shù)

3、。該方法充分利用DSP的內(nèi)部資源，根據(jù)開關(guān)次數(shù)最少的原則合理分配電流型整流器六個(gè)功率管的開關(guān)信號(hào)，有效的降低了開關(guān)損耗，節(jié)約了系統(tǒng)成本。研究表明，這種信號(hào)分配辦法在本質(zhì)上與電流型PWM整流器的常規(guī)空間矢量調(diào)制(Spacevectormodulation,SVM)技術(shù)是一致的，稍加改動(dòng)便可應(yīng)用于電流型整流器的SVM技術(shù)。論文對(duì)SPWM調(diào)制中，疊流時(shí)間對(duì)輸出的影響進(jìn)行了初步的探討，對(duì)所提出的數(shù)字實(shí)現(xiàn)三邏輯SPWM方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，為論文后

4、續(xù)控制策略的研究奠定了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。 直接電流控制是三相電流型PWM整流器控制方法的主流，論文在研究電流型PWM整流器的PI控制和極點(diǎn)配置狀態(tài)反饋控制的基礎(chǔ)上，提出了電流型PWM整流器的線性二次型(Linearquadratic，LQ)最優(yōu)控制和改進(jìn)的模型預(yù)測(cè)控制(modelpredictivecontrol，MPC)。LQ控制按照系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差最小的原則尋找系統(tǒng)性能最優(yōu)的極點(diǎn)，以此達(dá)到電流型PWM整流器穩(wěn)態(tài)最優(yōu)的控制目標(biāo)。然而LQ控

5、制是基于小信號(hào)模型的控制策略，有其固有的缺陷。因此，論文進(jìn)一步提出了電流型PWM整流器的MPC控制。MPC具有預(yù)測(cè)和實(shí)時(shí)尋優(yōu)的雙重優(yōu)點(diǎn)，但傳統(tǒng)的MPC采用非脈沖響應(yīng)作為預(yù)測(cè)控制模型，計(jì)算量大，很難直接應(yīng)用到實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中。論文對(duì)這種傳統(tǒng)MPC進(jìn)行了改進(jìn)，即從電流型PWM整流器被控制量與控制量之間的傳遞函數(shù)入手，得出整流器的一階差分方程作為預(yù)測(cè)控制模型，同時(shí)保留傳統(tǒng)MPC反饋校正、滾動(dòng)優(yōu)化等優(yōu)點(diǎn)，使得MPC可以應(yīng)用到電流型PWM整流器這樣

6、的快速控制系統(tǒng)領(lǐng)域。仿真和實(shí)驗(yàn)研究證明了該方法的正確性和可行性。論文還將此改進(jìn)的MPC和傳統(tǒng)的PI控制用于單位功率因數(shù)電流型PWM整流器進(jìn)行了對(duì)比研究，結(jié)果表明MPC比PI控制具有更優(yōu)良的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)控制性能。 直接電流控制比間接電流控制相對(duì)復(fù)雜，且在電流型PWM整流器接直流電機(jī)等需要功率因數(shù)可調(diào)和能量回饋的負(fù)載時(shí)，實(shí)現(xiàn)比較困難。間接電流控制在電壓型PWM整流器中得到了深入的研究。本文參照電壓型PWM整流器的間接電流控制思想，研究

7、了電流型PWM整流器的間接電流控制，實(shí)現(xiàn)了電流型PWM整流器在三相靜止坐標(biāo)下的單位功率因數(shù)整流運(yùn)行。在此基礎(chǔ)上，論文提出一種基于dq坐標(biāo)系的間接電流控制方法，該方法將整流器的直流輸出作為網(wǎng)側(cè)電流有功分量的給定值，通過此給定值和tg(ψ)的乘積調(diào)節(jié)無(wú)功電流的大小，然后利用整流器交流側(cè)電流的穩(wěn)態(tài)方程，求出當(dāng)前整流器的控制量，間接控制整流器的網(wǎng)側(cè)電流，從而控制了整流器的有功功率和無(wú)功功率，實(shí)現(xiàn)了整流器的可調(diào)功率因數(shù)和能量回饋，論文對(duì)此進(jìn)行了實(shí)

8、驗(yàn)驗(yàn)證，并對(duì)電流型PWM整流器的穩(wěn)定運(yùn)行范圍進(jìn)行了定量的分析。 在電源電壓不對(duì)稱情況下，直接利用對(duì)稱情況下的控制方法將使電流型PWM整流器系統(tǒng)的控制性能變差，甚至無(wú)法正常工作。論文詳細(xì)分析了電網(wǎng)電壓不平衡對(duì)電流型PWM整流器交直流側(cè)的影響。從系統(tǒng)復(fù)數(shù)功率出發(fā)，提出了一種在電網(wǎng)電壓不平衡狀態(tài)下，抑制三相電流型PWM整流器直流電流二次諧波的補(bǔ)償控制方法，該方法利用將系統(tǒng)有功功率的二次諧波分量和平均無(wú)功功率置零的辦法求解網(wǎng)側(cè)電流的給定