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《四象限级联型多电平变换器的PWM整流器控制_王剑》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第28卷第2期电工电能新技术Vol.28,No.22009年4月AdvancedTechnologyofElectricalEngineeringandEnergyApril2009四象限级联型多电平变换器的PWM整流器控制王剑,李永东(清华大学电力系统国家重点实验室,北京100084)摘要:分析了四象限级联型多电平变换器的功率单元中,H桥逆变器输出功率的脉动对PWM整流器控制尤其是对其直流母线电压的影响。提出外环控制器为直流母线电压反馈与负载功率前馈相结合、内环电流控制为比例积分加谐振(PIR)调节器的PWM整流器控制策略。实验表明该控制策略即使在直流母线电容容量很小时,仍然能
2、得到较为稳定的直流母线电压,验证了控制策略的有效性。关键词:级联型多电平变换器;PWM整流器;负载功率前馈;PIR调节器中图分类号:TM46文献标识码:A文章编号:100323076(2009)0220041205踪设定值,致使母线电压波动仍然较大。本文根据1引言功率单元的功率平衡关系,得到PWM整流器的理大容量多电平变频器在工业领域逐渐广泛应想电流,在电压环上增加功率前馈,使电流指令值接[1,2][3]用,其中最引人瞩目的是H桥级联型变换器。近理想电流值;针对理想电流谐波成分的特点,采用[8,9]这种结构输入电流多重化,波形较好;输出使用载波比例积分加谐振(PIR)电流调节器,
3、改善了电流移相PWM,易于实现;无直流电容均压问题,是大容环对电流指令的响应,在母线电容容量很小的情况量变频调速比较理想的一种结构。下,仍然得到了较稳定的母线电压。将级联型变换器每个功率单元的二极管整流器[426]2四象限运行的级联型变换器功率单元替换为PWM整流器,实现每个功率单元的能量双向流动,也就实现了整个级联型变换器的四象限四象限级联型变换器的结构如图1所示,逆变[7]运行,即快速制动和能量回馈。每个功率单元的器的每一相输出都是由多个功率单元的输出串联而PWM整流器可以独立控制,对整个系统的控制复杂成,串联的功率单元数由负载电压等级决定。每个性影响并不大。功率单元的结构完
4、全相同,其主电路如图2所示,它由于对直流母线电压进行了控制,变换器使用与传统的功率单元的区别在于使用了PWM整流器PWM整流器后,母线电容容量通常比使用二极管不而不是二极管整流器,因此它可以实现对母线电压[10]控整流的变换器的电容小很多。每个功率单元都减的控制,还可以使能量双向流动。少母线电容容量,使得整个多电平变换器能节省大级联型变换器具有模块化的结构,控制变换器量电容器,这对于降低变换器成本、提高可靠性有很实际上就是控制各功率单元。其中H桥逆变器可重要的意义。但是功率单元的H桥逆变器负载有以按照常规的级联型变换器的控制方式,由主控制[10]其自身的特殊性,减小电容的容量对P
5、WM整流器器实行集中控制,本文不对其进行讨论。的控制提出了更高的要求。每个单元的输入侧PWM整流器相对比较独文献[7]根据功率单元输入输出功率的平衡关立,可以分别独立控制,控制目标是给H桥逆变器系,为PWM整流器增加了负载功率前馈作为电流提供稳定的直流电压。具体控制方式采用电网电压[5,11]环的设定值,以期减小母线电容容量,但是由于使用定向控制,根据负载工作状况调节交流侧输入PI调节器的电流环带宽有限,电流并不能很好地跟的功率,通过控制稳定直流母线电压。收稿日期:2008210227作者简介:王剑(19792),男,湖南籍,博士生,研究方向为PWM整流器在大容量电力电子变换器中
6、的应用;李永东(19622),男,河北籍,教授P博导,博士,研究方向为高性能大容量交流电机控制系统。42电工电能新技术第28卷果。但是如果负载是H桥逆变器,尤其在输出频率较高时,直流母线电压会有很大幅度的脉动,下面对此进行详细分析。图3PWM整流器电网电压定向控制策略图1四象限运行的级联型多电平变换器Fig.3VoltageorientedcontrolstrategyforPWMrectifierFig.1Four2quadrantcascadedmultilevelconverter3H桥负载对PWM整流器控制的影响电力电子变换器在正常工作范围内的效率非常高,在分析系统控制策
7、略时,通常假定其损耗可以忽[7]略。在这种情况下,H桥逆变器交流侧和直流侧的功率平衡关系式为PL=uoio=udciL(3)在分析电力电子变换器的控制策略时,关注的图2功率单元主电路主要是受控对象的基波特性,一般假设电压电流高Fig.2Maincircuitofpowercell[12,13]次谐波可以忽略。此时逆变器输出的电压和电[7]电网同步旋转坐标系下,如果忽略交流电抗器流可以用平均模型分别表示为的电阻,并假定开关器件为理想开关,整流器交流侧uo=Uomcos(ωot)(4
