PWM整流器瞬时功率PI控制与电流解耦控制

1 dsp、cpld在电流型pwm整流器中的应用 马韬，彭咏龙，石新春 （华北电力大学电气工程学院，保定071003） 摘要：提出了一种简单的双闭环spwm的直接电流控制 方法，详细分析了该电路的数学模型，并对该电路进行了 psim仿真，最后利用dsp和cpld控制器实现了整流器的 全数字控制。仿真和实验结果验证了该控制策略的正确性和 可行性。 关键词：dsp；cpld；csr；双闭环 0引言： 从拓扑结构上pwm整流器可分为电压型和电 流型两大类。长期以来，电压型pwm整流器 (voltagesourcerectifier——vsr)以其较低的损耗、 简单的结构及控制等优点一直成为pwm整流器研 究的重点，但随着大功率变流技术的发展特别是电 流型pwm整流器(currentsourcerectifier—csr) 在超导储能中

以三电平电压型pwm整流器的数学模型为基础,结合瞬时无功理论,推导了瞬时功率和三电平整流桥开关矢量之间的关系,提出了一种固定开关频率的三电平pwm整流器的直接功率控制方法。该方法基于空间电压矢量调制,实现了动态过程中有功功率和无功功率的解耦控制。相对于传统的开关表bang-bang控制方式的直接功率控制,该方法不仅能够实现系统对有功功率和无功功率的直接控制,而且能保证固定的开关频率,简化了滤波器的设计。实验结果表明该控制策略实现了单位功率因数控制,电流谐波小,具有良好的动态和稳态性能。

通过分析三相脉宽调制(pwm)整流器在d-q旋转坐标系下的数学模型,设计了具有前馈解耦控制的pwm整流器双闭环控制系统。根据系统对电流内环的控制要求设计电流比例积分(pi)调节器,提出按闭环幅频特性峰值(mr)最小准则来确定调节器参数的方法;根据系统对电压外环的控制要求,采用模最佳整定法来设计电压pi调节器。最后对整个pwm整流器双闭环控制系统进行仿真,仿真结果验证了pi调节器设计的正确性。

通过功率变换器的数学模型,分析了现行直接功率控制(dpc)系统的原理。传统dpc系统功率内环采用一个开关表同时控制瞬时有功功率和无功功率,开关表的设计决定了系统的动、静态性能,为了满足不同的控制要求,文章详细分析了开关表的设计方法,通过对传统开关表的改进,克服了传统开关表的缺点,获得了良好的功率控制效果。仿真结果验证了新开关表设计方法的有效性。

짂컷뿆벼듳톧쮶쪿톧캻싛컄죽쿠룟릦싊틲쫽pwm헻쇷웷뗄짨볆뫍퇐뺿탕쏻ꎺ샮쿠럦짪쟫톧캻벶뇰ꎺ쮶쪿튵ꎺ뗧솦뗧ퟓ폫뗧솦뒫뚯횸떼뷌쪦ꎺ쏏퇥뺩20080401 죽쿠룟릦싊틲쫽pwm헻쇷웷뗄짨볆뫍퇐뺿ퟷ헟ꎺ샮쿠럦톧캻쫚폨떥캻ꎺ짂컷뿆벼듳톧쿠쯆컄쿗(2쳵ì1.톧캻싛컄닜쫀뮪죽쿠뗧톹탍뿕볤쪸솿pwm헻쇷웷뗄퇐뺿2008쯦ퟅ쿖듺뗧솦뗧ퟓ벼쫵ꆢ캢뗧ퟓ벼쫵틔벰볆쯣믺벼쫵뗄랢햹,틔pwm벼쫵캪믹뒡뗄릦싊뇤뮻ힰ훃뗃떽쇋풽살풽맣랺뗄펦폃ꆣpwm헻쇷웷뻟폐룟릦싊틲쫽ꆢ뗍킳늨컛좾ꆢ쓜솿쮫쿲쇷뚯ꆢ뫣뚨횱쇷뗧톹뿘훆뗈폅뗣,퓚뗧솦쾵춳폐풴싋늨ꆢ컞릦늹뎥ꆢ뎱쇷뿘훆ꆢ첫퇴쓜랢뗧틔벰붻횱쇷뒫뚯쾵춳뗈쇬폲,뻟폐풽살풽맣삫뗄펦폃잰뺰ꆣ놾싛컄닠훘폚죽쿠뗧톹탍pwm헻쇷웷뗄뿘훆쾵춳뗄릤돌짨볆폫쪵쿖,싛컄뗄훷튪쓚죝냼삨뿘

直接功率控制(dpc)动态响应比电压定向控制(voc)要快,提出了一种无交流电压传感器的三相电压型pwm整流器基于虚拟电网磁链的直接功率控制策略。由于通过估计虚拟磁链来计算功率,因此可省略网侧电压传感器,该控制结构为直流输出电压外环,功率控制内环节。仿真结果表明,系统可达到单位功率因数,电流畸变小,具有良好的动静态性能,方案切实可行。

pwm整流器控制系统通常采用数字pi调节器,传统数字pi调节器设计方法是先将数字系统等效成连续系统,再依据连续系统的设计方法设计pi调节器参数,这样造成很大误差。基于离散系统z变换理论,详细分析了实际系统的运行过程,建立pwm整流器的离散化模型。在此基础上,根据给定的相应指标,将离散根轨迹法和时域法相结合直接设计数字pi调节器。仿真和实验结果证明,由于在离散化模型的建立过程中未进行近似处理,模型更接近实际数字控制系统,以该方法设计的电流控制器性能更优越。

针对传统无差拍电流预测控制算法在电网电压畸变时无法准确跟踪电流参考值的问题,提出了基于电网电压预测的无差拍电流控制方法。首先分析了电网电压谐波对无差拍控制的影响,而后利用重复控制原理对未来两个周期的电网平均电压进行预测和补偿,消除了电网电压整数次谐波对电网电流的影响,降低了电网电流谐波。通过进一步分析,证明了该控制算法保持了传统无差拍控制良好的动态性能,并对算法的稳定性、参数鲁棒性和静态误差进行了分析。最后通过仿真和实验验证了提出方法的正确性和有效性。

电解铝用大功率整流器的设计 摘要 电解电源属于低压大电流设备,其品质的好坏直接关系着电解产物的纯度,同时作为电解行业最主要 的能量消耗者,其效率的高低关系着行业的节能增效,其功率因数及谐波畸变率的大小关系着对电网 污染程度的高低,因此,研制高品质、高性能的电解电源是电解行业实现节能增效、环保绿色化的重 要途径。 设计简要概述了铝电解供电特点、国内的研究现状,指出了项目研究背景及意义;详细阐述了 110kv硅整流装置供电系统的组成以及各主要部件的工作原理及特点;着重研究了110kv供电整流系 统中的整流电路设计方案的确定;通过对整流供电系统的改造,提高了供电系统的可靠性。从而切实 提高了整流效率,降低了电能损耗,确保了电解整流供电系统安全、经济、可靠运行。对降低单吨铝 的电耗、减少环境污染,提高企业的生产效率和经济效益以及促进企业的现代化进程。因此,

提出了pwm整流器的等效电路并在dq坐标系下进行了建模分析,对采用变结构的电流控制环和pi电压控制环的双闭环的控制器进行了深入分析。针对变结构控制存在的不足,采用pid趋近率来减小变结构控制的抖振及到达滑模面的时间,在对pid趋近率设计进行理论分析的基础上提出了一种优化变结构控制策略。对该优化控制器的设计进行了详细的分析并进行了仿真与实验验证,结果表明所提出的优化变结构控制策略可以实现pwm整流器的单位功率因数运行,且输入电流畸变较小,在负载变化时可以保证系统的快速调节,动、静态调控特性较好。

pwm整流器是一种高功率因数、低噪音静止变流器。采用类似于交流电机磁链观测的方法构造出虚拟的电网磁链矢量,作为pwm整流器矢量控制中的定向矢量,可以达到取消交流侧电网电压传感器、降低pwm整流器硬件成本的目的。提出了准确观测虚拟电网磁链的方法,解决了pwm整流器无电压传感器运行的关键问题。

介绍一种新的大功率整流器电流检测方法,不需要电流检测元件,而是测量整流器输出极杠上沿着电流方向的两点之间的电势差,从而间接检测电流,并用贴片热电阻测量输出极杠上检测电势差的两点之间的温度,以实现对极杠发热引起的测量误差的补偿。

单周期控制方式是一种大信号非线性模拟控制方式。它仅需要几个数字逻辑器件就可完成单位功率因数的控制任务,具有结构简单、响应速度快的优点。本文对基于单周期控制的三相三开关三电平整流器(vienna)进行了深入研究,推导了其单周期控制方程,并分析了在两个输出电容电压不相等情况下的电压平衡问题,说明了在单周期控制方式下输出电容电压可以达到平衡状态。最后进行了整个系统的仿真与试验验证,仿真与试验结果证明了理论分析的正确性。

맣뚫릤튵듳톧쮶쪿톧캻싛컄죽쿠뗧톹탍pwm헻쇷웷벰웤뿘훆닟싔퇐뺿탕쏻ꎺ솺뷵퓳짪쟫톧캻벶뇰ꎺ쮶쪿튵ꎺ뿘훆샭싛폫뿘훆릤돌횸떼뷌쪦ꎺ퓸퓀쓏20080501 죽쿠뗧톹탍pwm헻쇷웷벰웤뿘훆닟싔퇐뺿ퟷ헟ꎺ솺뷵퓳톧캻쫚폨떥캻ꎺ맣뚫릤튵듳톧놻틽폃듎쫽ꎺ3듎놾컄뛁헟튲뛁맽(6쳵ì1.닜쏊죽쿠뗧톹탍pwm헻쇷웷뗄퇐뺿폫짨볆[톧캻싛컄]20082.컩탱열죽쿠뗧톹탍pwm헻쇷웷뗄퇐뺿[톧캻싛컄]20093.쇵ﻈ죽쿠뗧톹탍pwm헻쇷웷뿘훆닟싔퇐뺿[톧캻싛컄]20084.닜쫀뮪죽쿠뗧톹탍뿕볤쪸솿pwm헻쇷웷뗄퇐뺿[톧캻싛컄]20085.톦뎬pwm헻쇷웷뿘훆쾵춳뗄퇐뺿[톧캻싛컄]20066.돂ퟚ믔죽쿠뗧톹탍pwm헻쇷웷ꎨvsrꎩ벰

电压型PWM整流器(VSR)及控制系统的matlab仿真

六开关三相四线pwm整流器拓扑是适合于中大功率高频ups装置的前级整流器拓扑。与常规的六开关三相三线整流器相比,三相四线整流器输出正负直流母线,并且输入侧存在零序电流通路,如果沿用三相三线整流器的控制方法,必然会引起很大的中线电流。针对此问题。讨论了三相四线pwm整流器输出为正负直流母线电压均衡控制和中线电流控制问题,建立了三相四线整流器数学模型,分析了中线电流产生的机理以及抑制的方法,设计了基于同步旋转坐标系的三相四线整流器的控制算法。在功率40kw的实验样机上验证了控制方法的有效性,保证了输出正负母线电压的平衡及较小的输入电流谐波。

六开关三相四线pwm整流器拓扑是适合于中大功率高频ups装置的前级整流器拓扑.与常规的六开关三相三线整流器相比,三相四线整流器输出正负直流母线,并且输入侧存在零序电流通路,如果沿用三相三线整流器的控制方法,必然会引起很大的中线电流.针对此问题.讨论了三相四线pwm整流器输出为正负直流母线电压均衡控制和中线电流控制问题,建立了三相四线整流器数学模型,分析了中线电流产生的机理以及抑制的方法,设计了基于同步旋转坐标系的三相四线整流器的控制算法.在功率40kw的实验样机上验证了控制方法的有效性,保证了输出正负母线电压的平衡及较小的输入电流谐波.

本文提出了一种通过调节pwm整流器功率因数,来抑制交流传动的列车处于再生制动时因受电弓处电压过高而导致再生失效的方法。分析了列车再生制动时,为了抑制受电弓电压升高,所需的pwm整流器功率因数角调节的范围,给出了在pwm整流器的预测电流控制的基础上改进策略并实现其功率因数调节的方案。在考虑无功传输导致的线路功率损耗的情况下,计算了抑制受电弓电压上升所需要的pwm整流器功率因数角调节的大小,并通过仿真验证了方案的可行性。

在低开关频率时采用传统电流调节器设计对pwm整流器进行控制,将导致dq轴电流的严重耦合,甚至系统不能正常工作。本文分析了pwm整流器的离散化模型,考虑实际系统中存在的pwm延迟,基于复矢量概念并结合整流器离散特性进行了直接离散化电流调节器设计。该设计方法不需要进行双线性变换,且其闭环系统与采样周期无关,性能稳定。通过几种离散化调节器的仿真结果对比显示了直接设计离散电流调节器的优越性能。

传统pwm整流器的直接功率控制(dpc)系统中,在靠近基本电压矢量的位置,出现功率调节失控,导致网侧电流谐波含量较大。在pwm整流器功率数学模型的基础上,分析了电压矢量对有功功率和无功功率的影响,针对传统开关表下功率调节能力不稳定的问题,提出了动态扇区划分下的双开关表控制策略。该方法实现了功率调节的有效性,而且获得了更好的动态控制效果,更低的电流谐波含量。最后matlab/simulink仿真实验结果验证了该控制策略的正确性和实用性。

为了提高中压大功率pwm整流器出力,需要降低pwm开关频率,但将造成pwm整流器id、iq电流分量耦合严重的现象。为解决这一问题,在对两电平pwm整流器进行复矢量信号建模的基础上,设计新颖的基于复矢量的电流调节器,该调节器能在低开关频率下实现对网侧电流d、q分量的有效解耦。matlab仿真及dsp实验结果验证了本设计方法的可行性。

pwm整流器采用直接电流控制策略和双闭环控制结构,内环电流控制器采用电流反馈和电压前馈的解耦控制策略,利用pi调节实现电流的快速跟踪控制。外环电压控制器由pi控制器构成,能够保证直流电压的稳定运行。由整流器的控制结构及其在旋转dq坐标系下引入pi调节器后的数学模型,简化得到电压环、电流环传递函数,根据控制系统要求采用3种方式设计pi参数。分析3种方式设计的pi参数下系统抗扰动性,用matlab仿真验证设计方法的正确性,结果表明在采用典型二型系统设计和二阶系统设计方法下,系统具有良好的动态性和稳定性。