電壓型變換器拋物線(xiàn)法電流控制技術(shù)研究.pdf

1、脈寬調(diào)制(Pulse-Width Modulation-PWM)功率變換器的電流控制技術(shù)是現(xiàn)代電力電子學(xué)的重要研究課題之一。許多功率變換器的具體應(yīng)用，如有源電力濾波器(Active Power Filter-APF)、PWM整流器、功率因數(shù)校正(Power Factor Correction-PFC)、逆變器等，都要求具有優(yōu)良動(dòng)態(tài)性能的高精度電流控制。 本文重點(diǎn)研究一種用于電壓型變換器(Voltage Source Conver

2、ters-VSC)的拋物線(xiàn)法電流控制新技術(shù)。該方法采用一對(duì)特定的拋物線(xiàn)函數(shù)曲線(xiàn)，以控制電流跟蹤誤差的正負(fù)峰值和PWM開(kāi)關(guān)時(shí)刻，可實(shí)現(xiàn)變換器輸入/輸出電流的高精度、快速跟蹤控制。詳細(xì)分析并系統(tǒng)構(gòu)建了該方法的理論基礎(chǔ)，并給出了具體實(shí)施方案。結(jié)合理論分析和圖示法，研究了該方法在各種工況下的收斂性與穩(wěn)定性問(wèn)題。與經(jīng)典的滯環(huán)法和同步開(kāi)關(guān)法進(jìn)行了比較研究，表明該方法不僅具有經(jīng)典滯環(huán)法的優(yōu)良動(dòng)態(tài)性能和控制精度，還能保持開(kāi)關(guān)頻率基本恒定。 為提

3、高拋物線(xiàn)法電流控制技術(shù)的控制性能，本文就關(guān)鍵影響因素以及具體控制策略開(kāi)展了多項(xiàng)應(yīng)用基礎(chǔ)研究。分析了變換器輸入/輸出端串聯(lián)電感及內(nèi)阻、低壓側(cè)(或交流側(cè))電壓變化等對(duì)拋物線(xiàn)法電流控制性能的影響，導(dǎo)出了影響拋物線(xiàn)信號(hào)幅值的定量公式，指出電感值對(duì)控制性能的影響較大；進(jìn)一步基于開(kāi)關(guān)頻率偏差，提出了一種自適應(yīng)的參數(shù)補(bǔ)償控制方法，以改善電流控制性能。以三相三線(xiàn)電壓型變換器系統(tǒng)為研究對(duì)象，系統(tǒng)研究了拋物線(xiàn)法電流控制技術(shù)的三相解耦控制問(wèn)題，并提出了兩種解

4、耦控制方法，即“虛擬零序電流解耦法”與“虛擬兩相電流解耦法”。前者基于疊加原理，采用三個(gè)獨(dú)立的拋物線(xiàn)法電流控制器，易于實(shí)現(xiàn)三相三線(xiàn)電流控制與三相四線(xiàn)電流控制的互換；后者基于重構(gòu)的兩相虛擬電流，采用兩個(gè)獨(dú)立的拋物線(xiàn)電流控制器，使得開(kāi)關(guān)次數(shù)與開(kāi)關(guān)損耗顯著減少。 為驗(yàn)證拋物線(xiàn)法電流控制技術(shù)的有效性，本文開(kāi)展了大量的仿真分析與實(shí)驗(yàn)研究。基于拋物線(xiàn)法電流控制器，分別建立了正弦波逆變器、PWM整流器、PFC和APF的電壓-電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)

5、數(shù)學(xué)模型，并給出了上述各系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)方法和參數(shù)整定公式。具體研制了220V/1.5kVA的單相電壓型正弦波逆變器、PWM整流器、PFC和APF等實(shí)驗(yàn)裝置，以及三相APF和PWM整流器的綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果均表明，拋物線(xiàn)電流控制技術(shù)具有優(yōu)良的動(dòng)態(tài)性能和控制精度。 結(jié)合拋物線(xiàn)電流控制技術(shù)在A(yíng)PF、PWM整流器中的具體應(yīng)用，并基于開(kāi)發(fā)的綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，本文從控制系統(tǒng)的層次和角度，還深入研究了APF的控制與補(bǔ)償策略。分析了諧波

6、檢測(cè)信號(hào)在A(yíng)PF閉環(huán)控制系統(tǒng)中的作用，闡明了APF電源電流直接控制策略與APF經(jīng)典控制策略之間的內(nèi)在聯(lián)系，揭示了這兩種控制策略的等價(jià)性，以及APF電源電流控制策略與PWM整流器控制策略的統(tǒng)一性。通過(guò)建立電網(wǎng)的諧波傳遞模型，從理論上詳細(xì)分析了現(xiàn)有的兩種主要APF補(bǔ)償策略的優(yōu)劣，進(jìn)一步揭示指出：對(duì)抑制諧波傳遞而言，將非線(xiàn)性負(fù)載最終補(bǔ)償為一個(gè)等效線(xiàn)性電阻，要優(yōu)于將非線(xiàn)性負(fù)載的饋線(xiàn)供電電流最終補(bǔ)償為基波正序有功電流，且APF控制策略的實(shí)現(xiàn)也相對(duì)