三相PWM整流器空间矢量控制研究-论文.pdf

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1、第24卷第2期Vo1．24．No．22014年6月June2014三相PWM整流器空间矢量控制研究徐昕远，王泽忠(1．华北电力大学，昌平102206；2．湖南省电力公司长沙电业局，长沙410015)摘要：介绍了PWM整流器的工作状态，建立了整流器在旋转q坐标系中的数学模型．引入电流前馈解耦控制，提出了基于dq坐标系的双闭环矢量控制策略．设计了双闭环电流、电压调节器PI参数，并给出了MATLAB仿真和实验结果，验证了控制策略的有效性．关键词：PWM整流器；矢量控制；dq坐标；解耦中图分类号：TP276文献标识码：A文章编号：1671—11

2、9X(2014)02—0008～05引入电流前馈解耦控制，通过有功电流和无功电流0引言的解耦，来实现有功功率和无功功率的分别控制，并在MATLAB／Simulink软件仿真的基础上，验证了传统的不控和相控整流产生了大量的无功和谐方案的可行性．波，对电网造成了严重的污染．如何提高功率因数、1三相PWM整流器拓扑结构消除和抑制谐波已成为电力电子技术的重大课题．作为降低谐波的有效措施。在逆变电路中采用三相PWM整流器主电路由交流电源、三相整PWM控制技术已经相当成熟．将PWM控制技术流桥、负载组成，电路原理图如图1所示]．应用到整流电路，则可

3、获得单位功率因数和非常接近正弦的输入电流『】]．近年来，以PWM为控制核心的控制策略的运行性能及电能质量已成为关注焦点，由于整流器的性能很大程度上取决于交流电流的控制，对于PWM整流器的控制方法目前已取得了很多的研究成果_2]．常用的电流控制方法有PI、滞环控制、比例谐振控制．常规的PI控制只能消除直流参考信号的稳态误差，但对给定值中的交流分量难以进行无差跟踪．滞环控制具有电路简单、动态图1三相电压型PWM整流器拓扑结构响应快的特点，但是开关频率、损耗及控制精度受滞图中，交流侧电感L，电感和电网的等效电阻环宽度的影响¨5]．对交流信号而

4、言，比例谐振控制在R，交流侧电压、电流分别为，i；直流侧负载电阻基波频率处增益无穷大，可以实现系统零稳态误R，直流侧电压、电流分别为Vdc，i出．当不计功率桥差’．文献[8]分析了在小功率逆变器中，电压电路损耗时，由交、直流侧功率平衡的关系，不难理解：流双闭环控制和多环控制策略，改善了逆变器的动通过交流侧的控制，就可以控制其直流侧．态特性．iu—女女(1)本文以三相PWM整流器拓扑结构为基础，利稳态条件下，PWM整流器交流侧矢量关系如用q坐标变换技术，提出了一种便于数字实现的图2所示．当PWM整流器从电网吸取电能时，其运双闭环空间矢量控

5、制策略．建立了整流器数学模型，行于整流工作状态，网侧电压、电流同相(正阻特收稿日期：2014—03—10作者简介：徐昕远(1986一)，女，硕士研究生，研究方向：电力系统运行分析与控制第2期徐昕远等：三相PWM整流器空间矢量控制研究9性)；而当PWM整流器向电网传输电能时，其运行流侧均为时变交流量，变量之间相互耦合，十分不利于有源逆变工作状态，其网侧电压、电流反相(负阻于控制系统的设计_9]．为此，通常需要进行坐标变特性)，要实现PWM整流器的四象限运行，关键在换，也就是将(n，b，c)坐标系变换成与电网基波频率于交流侧电流的控制．同步

6、旋转坐标系(d，q)．经过旋转变换后，三相对称静止坐标系中的基波正弦变量就转化为同步z旋转z坐标系中的直流量．于是对时变交流量的控制就转化一为对相应直流量的控制，减少变量个数使得控制系统的设计变得简单、系统的可靠性和灵活性得到提C一高，同时这种变换也是一种解耦变换，更有利o于有S功a)纯电感特性运行；b)正阻特性运行；功率和无功功率的独立控制．c)纯电容特性运行；d)负阻特性运行在矢量控制研究中定义了三种坐标系统，即三图2整流器交流侧稳态矢量关系相静止坐标系(abc)、两相静止坐标系(a)和两相当开关频率很高时，整流器的交流侧电压中含旋

7、转坐标系(dq)，首先求出等功率坐标变换条件下有正弦波基波电压和其它高次谐波电压．为了消除的矩阵变换：其它高次谐波电压，一般要采用滤波电路，经过滤波CLARK变换矩阵形式为：后的高次谐波电压产生的谐波电流非常小，形成近C—(So．n1S似于正弦的输入电流．为了减小谐波，整流器处于单[√19((2)位功率因数整流或单位功率因数逆变状态．无论处43+于那种状态，正常工作时，都要保持直流侧电压恒93／10)0J定．由此可见，PWM整流器的控制关键在于直流侧PARK变换矩阵形式为：、，1●J电容电压的稳定和电流矢量的控制．1—～2—3l一^2哺

8、1●●●●●●，J酬一cos⋯Os咖in0]x~]㈦2三相整流器的数学模型可以得到，三相静止坐标系到两相垂直旋转坐2．1坐标变换标系的变换矩阵形式为：在三相静止对称坐标系(a，b，c)下，整流器的交(4)z