三相逆变器地建模.doc

《三相逆变器地建模.doc》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、三相逆变器的建模1.1逆变器主电路拓扑与数学模型三相全桥逆变器结构简单，采用器件少，并且容易实现控制，故选择三相三线两电平全桥逆变器作为主电路拓扑，如图1所示。图1三相三线两电平全桥逆变拓扑图1中Vdc为直流输入电压；Cdc为直流侧输入电容；Q1-Q6为三个桥臂的开关管；Lfj(j=a,b,c)为滤波电感；Cfj(j=a,b,c)为滤波电容，三相滤波电容采用星形接法；N为滤波电容中点；Lcj(j=a,b,c)是为确保逆变器输出呈感性阻抗而外接的连线电感；voj(j=a,b,c)为逆变器的滤波电容端电压即输出电压；iLj(j=a,b,

2、c)为三相滤波电感电流，ioj(j=a,b,c)为逆变器的输出电流。由分析可知，三相三线全桥逆变器在三相静止坐标系abc下，分析系统的任意状态量如输出电压voj(j=a,b,c)都需要分别对abc三相的三个交流分量voa、vob、voc进行分析。但在三相对称系统中，三个交流分量只有两个是相互独立的。为了减少变量的个数，引用电机控制中的Clark变换到三相逆变器系统中，可以实现三相静止坐标系到两相静止坐标系的变换，即将abc坐标系下的三个交流分量转变成αβ坐标系下的两个交流分量。由自动控制原理可以知道，当采用PI控制器时，对交流量的控

3、制始终是有静差的，但PI控制器对直流量的调节是没有静差的。为了使逆变器获得无静差调节，引入电机控制中的Park变换，将两相静止坐标系转换成两相旋转坐标系，即将αβ坐标系下的两个交流分量转变成dq坐标系下的两个直流分量。定义αβ坐标系下的α轴与abc三相静止坐标系下的A轴重合，可以得到Clark变换矩阵为：(1)两相静止坐标系αβ到两相旋转坐标系dq的变换为Park变换，矩阵为：(2)对三相全桥逆变器而言，设三相静止坐标系下的三个交流分量为：(3)经过Clark和Park后，可以得到：(4)由式(3)和式(4)可以看出，三相对称的交流

4、量经过上述Clark和Park变换后可以得到在d轴和q轴上的直流量，对此直流量进行PI控制，可以取得无静差的控制效果。1.1.1在abc静止坐标系下的数学模型首先考虑并网情况下，微电网储能逆变器的模型。选取滤波电感电流为状态变量，列写方程：（5）其中，为滤波电感，为滤波电感寄生电阻，系统中三相滤波电感取值相同。在abc三相静止坐标系中，三个状态变量有两个变量独立变量，需要对两个个变量进行分析控制，但是其控制量为交流量，所以其控制较复杂。1.1.2在两相静止坐标系下的数学模型由于在三相三线对称系统中，三个变量中只有两个变量是完全独立的

5、，可以应用Clark变换将三相静止坐标系中的变量变换到两相静止坐标系下，如图2所示。图2Clark变换矢量图定义坐标系中轴与abc坐标系中a轴重合，根据等幅变换可以得到三相abc坐标系到两相坐标系的变换矩阵：（6）联立式（5）与式（6），可以得到微电网储能逆变器在坐标系下的数学模型：（7）从式（7）可以看出，与三相静止坐标系下模型相比，减少了一个控制变量，而各变量仍然为交流量，控制器的设计依然比较复杂。1.1.1在dq同步旋转坐标系下的数学模型根据终值定理，PI控制器无法无静差跟踪正弦给定，所以为了获得正弦量的无静差跟踪，可以通过C

6、lark和Park变换转换到dq坐标系下进行控制。dq两相旋转坐标系相对于两相静止坐标系以的角速度逆时针旋转，其坐标系间的夹角为，图3给出了Park变换矢量图。图3Park变换矢量图Park变换矩阵方程为：（8）联立式（7）和式（8）可得微电网储能逆变器在dq坐标系下的数学模型：（9）在两相旋转坐标系下电路中控制变量为直流量，采用PI控制能消除稳态误差，大大简化了系统控制器的设计。但是，由于dq轴变量之间存在耦合量，其控制需要采用解耦控制，解耦控制方法将在下节介绍。1.1.1解耦控制从式（9）可以看出，dq轴之间存在耦合，需要加入解

7、耦控制。令逆变器电压控制矢量的d轴和q轴分量为：（10）其中，分别是d轴和q轴电流环的输出，当电流环采用PI调节器，满足：（11），分别是电流PI调节器的比例系数和积分系数，，分别为d轴和q轴的参考电流，，分别为d轴和q轴的实际电流采样。把公式（10）代入公式（9）可得：（12）由式（12）可以看出，由于在控制矢量中引入了电流反馈，抵消了系统实际模型中的耦合电流量，两轴电流已经实现独立控制。同时控制中引入电网电压前馈量和，提高了系统对电网电压的动态响应。图4是电流解耦控制框图。解耦方法为在各轴电流PI调节器输出中加入其他轴的解耦分量

8、，解耦分量大小与本轴被控对象实际产生的耦合量大小一致，方向相反[]。图4电流解耦控制图对公式（12）进行拉普拉斯变换，同时把公式（11）代入公式（12）可得：（13）在采用解耦控制之后，d轴电流和q轴电流分别控制。图5给出电流环的结构