基于状态空间法的三相VSR组合建模策略研究-论文.pdf

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1、第14卷第13期2014年5月科学技术与工程Vo1．14No．13May2014l671—1815(2014)13一o09o-O6ScienceTechnologyandEngineering⑥2014Sci．Tech．Engrg．基于状态空问法的三相VSR组合建模策略研究谢延凯杨剑锋王帅(兰州交通大学自动化与电气工程学院，兰州730070)摘要一般模型对整流器动态响应分析不够精确，针对这个不足，根据开关函数及状态空间理论建立了三相电压型整流器的数学模型，并利用傅里叶分解将数学模型分解为高频和低频。对高频模型

2、，通过公式推导分析了输入电流谐波与输出电压纹波跟系统参数之间的动态特性关系。对于低频模型，荆用坐标旋转将模型变换到两相静止坐标系，简化了模型的分析和控制。为了实现高功率因数整流，控制策略采用双闭环控制。电流内环采用滞环控制，使得电流变化快速跟踪指令值。电压外环采用PI控制，以稳定直流侧电压。在MATLAB／Simulink中进行了仿真，验证了模型的正确性。关键词高频模型低频模型傅里叶变换幽变换双闭环控制仿真中图法分类号TF391．9；文献标志码A随着科技的发展，越来越多的高精尖电器投入频模型，经坐标变换和解耦

3、处理后设计出了咖坐标运行，它们对电能质量的变化敏感度很强，对电能质系下清晰、直观的电压PI环跟电流滞环的双闭环控量要求不断提高。而大量的非线性负载所造成的谐制器。最后经MATLAB／Simulink仿真，验证了模型波污染和无功消耗问题越来越严重。消除电网谐波的正确性。污染、提高功率因数成为电力电子领域日益关注的1三相VSR的基本原理重大课题。而基于PWM技术的三相电压型整流器(VSR)由于能够使网侧电流正弦化，输出的直流侧三相电压型PWM整流器主电路如图1所示。电压可自行调整而且纹波又小，能实现真正意义上在建

4、立和分析整流器数学模型之前，先假设开关都的绿色电能变换¨j，从源头上解决了问题，因而受是理想开关；交流电源为三相对称理想电压源；忽略到人们很大的关注。根据三相VSR特性分析需开关的死区时间。要，三相VSR的数学模型一般分为开关函数描述和占空比描述两种形式。前者是基于电子器件特性或者其内部数学物理过程而建立的高频模型，是对VSR开关过程的精确描述，较适合进行波形仿真，但由于其中包括了开关过程的高频分量，所以不适于控制器的设计。后者是根据器件或系统工作在稳态时某一方面的特性而建立的低频模型，它适用于控制系统设计，

5、但由于忽略了开关过程的高频分量，因而对系统的动态特性描述不够精确J。为了更图1三相VSR电路拓扑Fig·1MaincircuilofthreephesePWMrectifier精确的对系统动态性能分析，现利用状态空间法，通过傅里叶分解建立三相VSR的高频和低频两个组设电网电压为合数学模型。然后通过高频模型对输入电流谐波与“Emcos+(一1)¨2耵】；输出电压纹波之间的动态特性进行了推导与分析找出了输入电流谐波、电压纹波与电感、电容之间的定k=a，b，C；i=1，2，3(1)量关系，为系统参数的整定提供了新的

6、依据。对低式(1)中E是相电压幅值。设整流器输入电流基波为2013年9月8日收到甘肃省自然科学基金(1308RJYA044)资助=I~cos一咖+(一1)H2盯1．第一作者简介：谢延凯(1987一)，男，汉族，硕士研究生。研究方向：电能质量分析与控制。E-mail：591766851@qq．con。k=a，b，C；i=l，2，3(2)13期谢延凯，等：基于状态空间法的三相VSR组合建模策略研究91式(2)中，m为相电流幅值。量，且输出电压是由三相开关函数共同决定的，因设整流器调制信号电压(波)为此，输入电流是

7、脉动的，输出电压也含有纹波，不利于控制器的设计。由于开关函数的存在，式(5)所“=mcoslCOt一+(一1)。1Tl；示数学模型为离散的，且是时变、非线性的。k=a，b，C；=1，2，3(3)模型不连续的根本原因是开关函数的不—．．连．．．0。。．．。．．．O．．．．．L01一式(3)中m为调制比，0

8、的关间连续的状态空间平均模型。开关函数函数的傅里系为叶展开式如下1●●●O●●●●O●●JD．OM=“(4)s=d+∑ansincot+∑6cosoJt(10)根据三相VSR电路拓扑图，先定义单极性二值在开关频率远高于电网频率的情况下，可用规逻辑开关函数为则采样法代替自然采样法。PWM占空比d就是开关函数一周期内的平均值。用d代替S，d是连s：{【0：，圭上喜管盖闭合：，下鬈管霉导通；’=。，6，’