电力电子系统建模与控制三相PWM整流器动态建模精选课件.ppt

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1、第7章三相PWM整流器动态建模7.1三相PWM整流器基本原理7.2坐标变换7.3状态平均模型7.4小信号模型7.5解耦和电源电压补偿7.1三相PWM整流器基本原理将三相电流通过坐标变换形成两相旋转坐标下的电流id和iq，id和iq是直流形式的变量。id是有功电流，iq是无功电流。构建d和q轴的电流闭环，就能够实现整流器交流侧的电流为正弦，且在iq=0的情况下实现单位功率因数。可以设定q轴的电流给定，使得整流器获得期望的功率因数。改变d轴的电流给定，可以改变变换器有功功率流动的方向。1静止坐标变换三相静

2、止坐标系abc的三相电量xabc=[xaxbxc]T，如果满足xa+xb+xc=0，则可变换到两相静止直角坐标系αβγ，xαβγ=[xαxβxγ]T=Tabc/αβγxabc7.2坐标变换==2旋转坐标变换两相静止直角坐标系αβγ中的电量xα、xβ、xγ可以变换到两相旋转直角坐标系dq0，xdq0=[xdxqx0]T=Tαβγ/dq0xαβγ因此，三相静止坐标可以变换到两相旋转直角坐标xdq0=[xdxqx0]T=Tαβγ/dq0Tabc/αβγxabc同样，两相旋转直角坐标也可以变换到三相静止坐标x

3、abc=[xaxbxc]T=Tαβγ/abcTdq0/αβγxdq07.3状态平均模型1三相静止坐标下的状态平均模型三相电压型PWM整流器的主电路结构图如图5-15所示，其开关模型结构如图5-20所示，上下开关满足约束条件sip+sin=1，定义相开关函数si=sip=1-sin。其交直流侧电量和开关函数之间的关系见表5-1。则交流侧三相线电压与直流侧电压的关系为定义虚拟电流iab、ibc、ica，并满足ia=iab-icaib=ibc-iabic=ica-ibciab+ibc+ica=0则有，ia-

4、ib=iab-ica-（ibc-iab）=2iab-（ica+ibc）=3iab，iab=（ia-ib）/3，同理ibc=（ib-ic）/3，ica=（ic-ia）/3。由表5-1可得idc=[sasbsc]=[sasbsc]因此可得idc=[sasbsc]=[sasbsc]=[sabsbcsca]对应图5-14，可写出三相PWM整流器交流侧状态方程即直流侧方程为idc=C即由此可得开关周期周期平均值方程为对应的等效电路如图5-22所示2两相旋转直角坐标下的状态平均模型dq0坐标下的三相电压型PWM整

5、流器的状态平均方程为对应的等效电路如图5-25所示对状态平均值方程运用微分即可获得工作点附近的小信号模型，小信号等效电路为7.4小信号模型三相PWM整流器开环控制结构图如下7.5dq解耦与电源电压补偿三相电压型PWM整流器的控制框图如图5-37所示。通过如图5-38所示结构，就能够实现dq轴的解耦控制。解耦后的dq回路开关周期平均值等效电路如图5-39所示对解耦和电源电压补偿之后的dq轴等效电路进行工作点附近的小信号分析，即可得到小信号下的传递函数下式所示，其中L、R分别为交流侧的滤波电感及其等效电阻

6、，C为直流侧滤波电容，Dd为d轴在工作点的占空比以将电流环校正成典型I性系统为例，考虑到电流调节器输出到形成PWM整流器交流侧dq轴电压变化存在PWM周期延迟、以及存在电流滤波器时间延迟等因素构成的等效延迟时间Tsi，dq轴电流解耦和电源电压补偿后的电流环结构如下图所示。只要将ACRd的零点与W2的极点对消，即可将电流环校正成典型I性系统，由此可获得ACR的积分时间常数τi，即τi=L/R取电流环的阻尼比为0.707时，可使电流环有足够的动态响应能力和抑制超调能力，由此可获得ACR的比例系数Ki，即(

7、Ki/τi)VdcTsi=0.5，则Ki=0.5τi/(VdcTsi)校正成典型I系统的电流环可以近似为时间常数为2Tsi的一阶惯性环节，因此可得电压环近似等效结构图如下图所示，其中Tsv为综合了电流环等效时间常数、以及电压滤波器时间延迟等因素构成的等效延迟时间。这样设计直流侧电压环就变得非常容易，可以将直流侧对象近似为积分环节，然后将电压环校正成典型II系统，也可以将电压环PI调节器的零点与直流侧对象的极点对消，然后将电压环校正成典型I系统。若将电压环校正成典型II系统（将直流负载近似为积分环节Dd

8、/(Cs)），根据典型II型系统的常见设计规则，中频带宽h一般设计为5，即τv/Tsv=5，截止频率介于1/(5Tsv)～1/(Tsv)之间。但由于期望的电压环截止频率ωcv应该小于(1/5～1/10)直流侧纹波频率（三相整流电路直流侧纹波频率为2π*电源频率*6），对50Hz电网，ωcv<(1/5～1/10)600π），但1/(Tsv)太大，无法满足要求，故将电压环校正成典型II系统不合适。将τv设计成与RLC相等，则可将电压环校正成典型I型系统。因此