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  • 三相PWM整流

    2014-05-20 16:49:49
    三相PWM整流,程序包含矢量控制、前馈解耦、PI处理
  • 三相PWM整流matlab仿真

    2019-01-07 19:02:38
    三相PWM整流matlab仿真,abc to dqo变换,dqo to alpha beta,svpwm ,
  • 文件为三相电压型PWM整流器(VSR)的simulink模型,利用SVPWM进行调制,双闭环反馈控制,直流侧母线电压稳定
  • 基于坐标变换的直接电流控制方法具有控制精度高、调节速度快等优点,广泛应用于三相PWM整流器的控制。直接电流控制中的比例积分(PI)调节器会导致整流器启动瞬间产生过冲电流,使得功率器件承受较大的瞬时电流应力...
  • 三相开环PWM整流

    2015-06-14 12:22:45
    使用了SIMULINK完成三相开环PWM整流仿真
  • 基于MATLAB的三相PWM整流,电力电子技术,课程设计,整流电路
  • 三相PWM整流器的工作原理分析 在分析三相 VSR 拓扑结构工作原理时,假设其电网电压为三相幅值、频率相等,相位各差 120°的正弦信号;交流侧电感 L 为线性,且三相对称相等;功率开关管为理想状态,通过二值逻辑开关...

    三相PWM整流器的工作原理分析

    在分析三相 VSR 拓扑结构工作原理时,假设其电网电压为三相幅值、频率相等,相位各差 120°的正弦信号;交流侧电感 L 为线性,且三相对称相等;功率开关管为理想状态,通过二值逻辑开关函数表,每相桥臂拥有两种开关模式,即上桥臂导通或下桥臂导通。三相桥臂的开关状态如下式所示,“1”表示开关闭合,“0”表示开关断开。

    在这里插入图片描述
    式中Vj、VDj 为上桥臂功率开关管和反向二极管;Vj、VDj 为下桥臂功率开关管和反向二极管,则开关函数共有 8 种方式,即 000、100、010、001、110、101、011、111。
    具体开关模式如下表

    在这里插入图片描述
    通过相应的开关函数,可以确定三相 PWM 整流器的工作模式,但功率开关管中是否流过电流,则通过电感电流的方向决定。电流方向与开关管中电流同方向时,开关管闭合,而方向相反时,电流从相对应的续流二极管流过,为进一步分析 VSR 拓扑导通回路,选定ia>0,ib<0,ic>0 来研究对应 8 种开关模式下的拓扑结构整流回路,

    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    从图 2.4 中 8 种不同开关模式下的导通拓扑,可获得以下结论:当三相 VSR 拓扑运行在 1、3、5、7、8 这五种开关模式下,交流电感处于储能状态,直流侧负载通过储能电容供电;拓扑运行在 2、4、6 这三种开关模式下,储能电容和直流侧负载通过交流侧电感供电.

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  • 电路: PLL锁相环: 3/2变换: 电压环: 电流环: SVPWM调制: 输出电压: A相电压电流(功率因数=1): dq轴电流: 仿真文件下载: PWM_ACDC_PW.slx

    主电路:

    PLL锁相环:


     3/2变换:

     

     电压环:

     电流环:

     SVPWM调制:

     输出电压:

     A相电压电流(功率因数=1):

     dq轴电流:

     仿真文件下载:

    PWM_ACDC_PW.slx

     

     

     

     

     

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  • 此资源为三相电源输入,经过全桥整流得到直流电压,器控制策略采用了PI控制,其参数见附件
  • 前级三相PWM整流器理解 前言: 此文章是在参与三相PWM整流器项目后,对其理解,以前并没有从事相关行业经验。 参与项目前涉及相关知识点(储备): 1.SVPWM算法的掌握与理解。 2.不可控整流。 3.DC-DCbuck,BOOST...

    前级三相PWM整流器理解

    前言:

    此文章是在参与三相PWM整流器项目后,对其理解,以前并没有从事相关行业经验。
    参与项目前涉及相关知识点(储备):
    1.SVPWM算法的掌握与理解。
    2.不可控整流。
    3.DC-DCbuck,BOOST电源理解
    参与次项目后,知识点(新增)。
    1.三相 ,单同步坐标系锁相算法(电网电压平衡)
    2.单相,延迟法虚拟两相锁相算法
    3.双同步坐标系软件锁相
    4.双二阶广义积分锁相
    5.电压外环闭环控制算法及数学模型推导(直流母线电压)
    6.电流内环闭环控制算法及数学模型推导(交流测电流控制-电流内环前馈解耦控制)
    7.跟踪指令电压矢量的SVPWM电流控制
    8.clark坐标变换原理
    9.park坐标变换原理
    10.PID调节器
    11.PI调节器参数变化
    12.电流采样双更新
    13.TZ模块中断了解
    14.can通讯配置与调试
    15.直接功率控制(DPC)
    接下来文章将围绕此项目涉及知识点展开描述:

    三相PWM(PFC)拓扑结构

    电感电压超前于电感电流90度
    在这里插入图片描述
    公式如下:
    在这里插入图片描述

    在这里插入图片描述
    四象限原理:
    控功率因素为1;
    图2钟当交流测电流电流在B点时,电流方向与电网方向同向,功率因素为1,实现整流,此时整流器向电网吸收能量。处于电动状态,耗电、耗能;
    图4钟当交流测电流电流在D点时,电流方向与电网方向方向,功率因素为-1,实现逆变,此时整流器向电网发送能量。处于发电状态,省电、节能;
    此时问题来了,从数学角度将,在D点为什么会并网呢?不是电流与电压反向了吗?不是会有污染吗?
    解答:
    电流和电压是两个概念。
    **理解:**建立一个最简单的系统,A是发电机(电网),B是用户(整流器)。AB之间用导线相连。如果设定从A->B电流方向为正,那么A流出正的电流,B流入正的电流;反之也可以说A流入负的电流,又因为电流是正弦波,反向等于相位差180度。
    但是在一般研究电力系统的时候,通常不会去计算电流,而是直接研究功率。
    有功功率:P=UIcoswt;
    无功功率:Q=UIsinwt;
    wt是UI之间的夹角。又因为电流在一根导线上是处处相等的,如果在AB上没有功率消耗的话,那么A点流入的功率和B点流出的功率必然相等,所以AB亮点的电压是相等的。

    在这里插入图片描述
    交流侧电感的设计尤为重要,起到升压和滤除谐波作用;桥式功 率开关管连接网侧和直流侧,通过对开关管的控制实现能量流动方向控制;并联的二 极管在开关管关断时,起到续流的作用;**直流侧的储能电容是电压型 PWM 整流器的 标志,**直流侧电容不仅可以滤除输出电压纹波,稳定输出电压,还可以滤除因为直流 母线电压 PWM 调制作用,在网侧电流中产生的谐波。

    通过上述描述:
    可以很容易理解,可以通过控制交流测电流i,实现交流侧电压并网的目的。
    通过四象限原理:
    在这里插入图片描述
    上述数学模型可以知道。
    通过控制交流侧变量可以控制直流侧变量,反之也可以实现直流侧对交流测的控制。
    下面的内容将描述如何控制环路,从系统层面与软件层面进行理解。

    系统框图

    1.无锁相环的系统框图

    在这里插入图片描述

    环路理解:

    1.含锁相环的系统框图

    以下附有两张系统框图,图一为此软件的结构,图2为另一种理解形式,两种形式一样
    见下分析:
    图1中是用的dq轴电压转换,图2是用Alp,belta轴电压转换;结果是一样的环路控制。
    此处放两张图的目的是,为了更好的理解此环路控制原理。
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

    环路理解:以图一为例,

    软件层面对环路控制的理解

    后续补充软件流程图。
    软件控制中分为三个环路,
    1.电压外环,电压外环为在控制直流侧输出电压,并依据设计的控制策略为电流内环提供参考电流。
    软件中
    函数名:void VoltLoop(void);
    输出变量:RefRecID ;
    电压外环为电流内环提供参考电流。
    RefRecID = iTempLAx / Funcode.BasicPara.RefRecIDFilter;

    2.锁相环路
    软件中:
    函数名:void PhaseLock(void)
    输出变量:IinTheta

    其他输出变量:
    IinSin = SUBPTR_SINCAL(IinTheta); 
    IinCos = SUBPTR_SINCAL(IinTheta + 0x4000); 
    IinD = IinDAcc >> 15;
    IinQ = IinQAcc >> 15;
    

    3电流内环
    依据设计控制策略,控制交流侧电流快速追踪参考电流,实现交流侧电流跟踪电网电压同相位波动。
    电压内环数学模型如下所示:

    在这里插入图片描述

    软件中:
    void CurrentLoop(void)
    电压外环提供的参考电流,交流侧电流跟踪参考电流。Q轴参考电流为0,控功率因数为1.(坐标变换用到锁相角度IinTheta)
    TempErr = RefRecID - IinD;
    TempErr = 0 - IinQ;
    输出 VinDRefPI 、VinQRefPI

    4.通过环路输出的参考电压:

    pwm输出的参考电压D、Q轴,如电流内环数学模型所示。
    void PwmRefUdq(void)
    {

        VinDRefC = ((int32)IinQ * Funcode.BasicPara.LCoeff) / 100;
        VinQRefC = ((int32)IinD * Funcode.BasicPara.LCoeff) / 100;
        PwmRecD = VinD  + VinDRefC - VinDRefPI;
    
    PwmRecQ = VinQ - VinQRefC - VinQRefPI;  
    

    }
    电流内环还有无差拍电流控制。
    已经理解:请参考最近发博文章。

    5.SVPWM发波(母线电压逆变中,有一个调制系数,调幅值???)
    旋转–>静止变换;2/3变换;整流器SPWM发波
    坐标旋转用到的角度为IinTheta
    void PwmGen(void)

    IinSin = SUBPTR_SINCAL(IinTheta); 
    IinCos = SUBPTR_SINCAL(IinTheta + 0x4000);  
    TempAlpha = ((int32)IinCos * PwmRecD - (int32)IinSin * PwmRecQ) >> 15;
                                                        
    TempBeta = ((int32)IinSin * PwmRecD + (int32)IinCos * PwmRecQ) >> 15;
    

    扇形区域判断;
    根据扇形区域判断,每个载波周期的开关管的动作状态。

    仿真模型层面理解

    注意点:串联电路电流处处相等,控制图与仿真图,电流采样点不一样,但是电流一样
    仿真模型(可运行)

    仿真模型和控制原理图一样。理解如下

    • 1.母线环路,为电流环提供D轴参考电流,Q轴参考电流为0
    • 2.锁相环输出角度wt,其提供角度,一、为电流内环坐标变换提供角度;二、为锁相环,网侧电压坐标变换提供角度;三、为电流环输出后的电压,的坐标变换提供角度。
    • 3.电流内环,输出电压,进行逆变。数学模型见上。
    • 4.逆变输出,输出电压并网。
    • 5.整流输入,吸收电网电压。

    仿真模型如下图所示。
    在这里插入图片描述

    仿真波形入戏图所示。
    母线电压
    在这里插入图片描述
    母线电压恒定,通过PID调节器可以调节母线电压波动情况。
    2.锁相角度
    在这里插入图片描述
    3.交流测电流
    在这里插入图片描述
    4.逆变电压,给定值
    在这里插入图片描述
    可以看到,输出电压与网侧电压同相位
    5.桥路开关管状态
    在这里插入图片描述

    应用场所

    1.对托系统的能量回馈
    四象限接法、回馈模式接法

    2.新能源汽车的能量存储

    3.新能源汽车汽车充电桩

    4.光伏逆变(控功率因素)

    展开全文
  • 三相电压型PWM整流器设计

    千次阅读 2020-12-25 03:25:14
    传统的整流方式会无论是二极管不控整流还是晶闸管相控整流电路能量均不能双向传递,不仅降低能源的利用率还会增加一定的污染,主要缺点是: 1)无功功率的增加造成了装置功率因素降低,会导致损耗增加,降低电力...

    随着功率半导体器件技术的进步,电力电子变流装置技术得到了快速发展,出现了以脉宽调制(PWM)控制为基础的各种变流装置,如变频器、逆变电源,高频开关电源以及各类特种变流器等,电力电子装置在国民经济各领域取得了广泛的应用,但是这些装置的使用会对电网造成严重的谐波污染问题。传统的整流方式会无论是二极管不控整流还是晶闸管相控整流电路能量均不能双向传递,不仅降低能源的利用率还会增加一定的污染,主要缺点是:

    1)无功功率的增加造成了装置功率因素降低,会导致损耗增加,降低电力装置的利用率等;

    2)谐波会引起系统内部相关器件的误动作,使得电能的计量出现误差,外部对信号产生严重干扰;

    3)传统的结构,能量只能单向流动,使得控制系统的能量利用率不高,不能起到节能减排的作用。

    电网污染的日益严重引起了各国的高度重视,许多国家都已经制定了限制谐波的国家标准,国际电气电子工程师协会(IEEE),国际电工委员会(IEC)和国际大电网会议(CIGRE)纷纷推出了自己的谐波标准。国际电工学会于1988年对谐波标准IEC555-2进行了修正,欧洲制定IEC1000-3-2标准。我国国家技术监督局也于1994年颁布了《电能质量公用电网谐》标准(GB/T 14549-93),传统变流装置大多数已不符合这些新的标准,面临前所未有的挑战。

    目前,抑制电力电子装置对电网污染的方法有两种:一是设置补偿装置。通过对已知频率谐波进行补偿,这种方式适用于所有谐波源,但其缺点是只能对规定频率的谐波进行补偿,应用范围受限。并且当受到电网阻抗特性或其他外界干扰,容易发生并联谐振,导致某些谐波被放大进而使滤波器过载或烧毁;而是对整流器装置本身性能进行改造,通过优化控制策略和参数设置,使网侧输入的电压和电流呈现接近于同相位的正弦波,实现单位功率因数运行即功率因数为1。

    目前治理谐波和无功主要是采用功率因数校正技术(PFC技术),由于PWM调制技术引入整流器中,使得整流器能够获得较好的直流电压并且实现网侧电流正弦化,PWM整流技术已经成为治理电网污染的主要技术手段。PFC技术虽然具有控制简单、功率因数高、总谐波失真小和易于电路设计等优点,但是其结构并没有发生根本变化只是在输出侧加了一个开关管,而重要的交流侧还是选取二极管做为开关器件,其整流方式只能是单一方向的不能实现能量的双向流动,它在单相电路中有着广泛的用途,但是由于其自身性质决定其难以用于三相电电路中;PWM整流技术交流侧采用全控器件,与传统PFC相比,PWM整流技术可以在任意功率因数运行可以实现能量双向流动而且具有较好的电流品质和更快的动态响应速度,因而真正实现了“绿色电能变换”提高了系统电能的利用率减少了资源的浪费。由上述分析可知,对PWM整流器进行控制研究符合建设资源节约型和环境友好型社会发展的需要,具有重要经济和社会价值。

    PWM整流器可实现能量双向流动并具有优良的输出特性,与二极管不控整流和晶闸管相控整流相比,具有以下特点:(1)可以实现能量的双向流动且功率因数任意可调;(2)网侧电流近似正弦化,谐波含量少;(3)具有较好的动态性能,适合动态性能要求高且开关频率变化快的场合;(4)直流输出电压稳定且电压波形品质高。

    PWM整流器在功率因数校正、谐波抑制以及能量回馈等应用方面具有其突出的优势,故很早就已经成为电力电子技术研究的最具意义的内容之一。经过各国学者和专家多年的实验和研究,在数学模型、主电路拓扑结构和控制策略等各个方面,PWM整流器均取得了较为成功的研究成果。对于学生来说,设计高性能三相PWM整流器是很具有学习和研究价值的课题。

    PWM整流器的分类方法很多,最基本的分类方法是按照直流储能形式可分为电压型整流器(VSR)和电流型整流器(CSR)两种,前者直流侧采用电容为储能元件,提供一个平稳的电压输出,直流侧等效为一个低阻电压源;后者直流侧采用电感作为储能元件,提供一个平稳的电流输出,直流侧等效为一个高阻电流源。由于VSR的结构简单,储能效率高、损耗较低、动态响应快,控制方便,使得VSR一直是PWM整流器研究和应用的重点,本文主要讨论三相电压型PWM整流器的设计与仿真。

    第一章绪论,说明了PWM整流器的研究和学习的价值,以及整个论文的结构;第二章介绍了PWM整流器在国内外的研究现状;第三章建立电压型PWM整流器的数学模型;第四章介绍了很据PWM整流器的数学模型对有功电流和无功电流进行解耦控制,设计了电压、电流双闭环调节器,对空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation)技术进行详细分析;第五章对设计的整个PWM整流系统进行仿真,分析设计的控制器对扰动的抑制作用以及输入输出电压的动静态性能。

    自 20 世纪 90 年代以来,PWM整流技术一直是学术界关注和研究的热点。随着研究的深入,PWM整流技术的相关应用研究也得到发展,如有源电力滤波(APF)、超导储能(SMES)、电气传动(ED)、高压直流输电(HVDC)、统一潮流控制器(UPFC)、新型UPS 以及太阳能、风能等再生能源的并网发电等,并随着现代控制理论、微处理器技术以及现代电子技术的推陈出新,这些应用技术的研究又促使PWM整流技术日趋成熟,其主电路已从早期的半控型器件桥路发展到如今的全控型桥路;拓扑结构已成从单相、三相电路发展到多相组合及多电平拓扑电路;PWM调制方式从由单纯的硬开关调制发展到软开关调制;功率等级从千瓦级发展到兆瓦级,而在主电路类型上既有电压源型整流器,又有电流源型整流器,两者在工业上已成功投入使用,但却多采用模拟芯片PWM波发生器,在闭环和智能调节比如在风力发电的并网等方面均存在较大问题,尤其是在国内,基于数字信号微处理器的PWM整流器的研究还只是处于初步发展阶段。

    当前PWM整流器的研究主要体现在如下几个方面:

    1. 关于PWM整流器数学模型的研究

    PWM整流器数学模型的研究是PWM整流器及其控制技术的基础。A. W.Green提出了基于坐标变换的PWM整流器连续、离散动态数学模型,R.Wu和S.B.Dewan等较为系统地建立了PWM整流器的时域模型,并将时域模型分解成高频和低频模型,且给出了相应的时域解。而Chun T.Rim和DongY.Hu等则利用局部电路的 坐标变换建立了PWM整流器基于变压器的低频等效模型电路,并给出了稳态、动态特性分析。在此基础上,Hengchun Mao等人建立了一种新颖的降阶小信号模型,从而简化了PWM整流器的数学模型及特性分析。

    2. 关于PWM整流器拓扑结构的研究

    PWM整流器的主电路拓扑结构近十几年来没有重大突破,主电路设计的基本原则是在保持系统的基础上,尽量简化电路拓扑结构,减少开关元件数,降低总成本,提高系统的可靠性。PWM整流器拓扑结构可分为电流型和电压型两大类。其中电压型PWM整流器最显著的拓扑特征是直流侧采用电容进行电流储能,从而使整流器直流侧呈低阻抗的电压源特性。电流型PWM整流器直流侧则是采用大电感进行电流储能,使得整流器直流侧呈高阻抗的电流源。根据装置功率的不同,研究的侧重点不同。在中小功率场合,研究集中在减少功率开关和改进直流输出性能上;对于大功率场合,研究主要集中在多电平拓扑结构、变流器组合以及软开关技术上。多电平拓扑结构的PWM整流器主要应用于高压大容量场合。而对大电流应用场合,常采用变流器组合拓扑结构,即将独立的电流型PWM整流器进行并联组合。

    3. 关于电压型PWM整流器电流控制技术的研究

    电压型PWM整流器有两个控制目标,一是得到稳定的直流电压,另一个是使网侧电流正弦化并跟踪电网电压变化。为了使电压型PWM整流器网侧呈现受控电流源特性,其网侧电流的控制至关重要,决定了PWM整流器的动静态性能。电压型PWM整流器网侧电流控制策略主要分成两类:间接电流控制策略和直接电流控制策略。间接电流控制其网侧电流的动态响应慢,且对系统的参数比较敏感,适用性不高,因此逐步被直接电流控制所取代。与间接电流控制相比,直接电流控制电流响应速度快,系统鲁棒性强,且容易实现过流保护,是当今PWM整流器电流控制方案的主流。

    4. PWM整流器系统控制策略的研究

    控制策略是PWM整流器控制系统的核心,其优劣决定着PWM整流器的动静态性能以及鲁棒性。PWM整流器常用的控制方法有滞环电流控制、固定开关频率电流控制、预测电流控制、直接功率控制、无电网电动势传感器及无网侧电流传感器控制、电网不平衡条件下的PWM整流器控制、滑模变结构控制、反馈精确线性化控制、基于Lyapunov稳定性理论的控制、模糊控制等,具体如下:

    1) 滞环电流控制

    滞环电流控制是一种瞬时值反馈控制模式,其基本思想是将检测到的实际电流信号与电流给定信号值相比较,若实际电流大于指令值,则通过改变变流器的开关状态使之减小,反之增大,使得实际电流围绕指令电流做锯齿状变化,并将偏差控制一定范围内,形成滞环。该控制方法结构简单,电流响应速度快,易于实现电流限制,且控制与系统参数无关,系统鲁棒性好,但是开关频率在一个工频周期内不固定,谐波电流频谱随机分布,网侧滤波器设计较为困难。

    2)固定开关频率PWM电流控制

    固定开关频率PWM电流控制,一般是指PWM载波(如三角波)频率固定不变,而以电流偏差调节信号为调制波的PWM控制方法。该控制方法克服了滞环电流控制开关频率不固定的缺点,电流响应速度快,系统鲁棒性高,但当电流内环均采用PI调节时,三相静止坐标系中的PI电流调节器无法实现电流的无静差控制。

    3)预测电流控制

    预测电流控制的思想是从开关的在线优化出发,根据负载大小及给定电流矢量的变化率,推算出使得下一周期电流满足期望值的电压矢量来控制PWM整流器的开关。预测电流控制具有快速的电流响应速度,但其控制效果依赖于系统参数,鲁棒性不高,且受处理器采样和控制延时影响较大。

    4)直接功率控制

    直接功率控制通过对PWM整流器瞬时有功和无功进行直接控制,达到控制瞬时输入电流的目的。该方法具有结构、算法简单,系统动态性能好,鲁棒性强,容易数字化实现,对交流侧电压不平衡和谐波失真也具有一定补偿作用。

    5) 无电网电动势传感器及无网侧电流传感器控制

    无电网电动势传感器及无网侧电流传感器控制是为进一步简化电压型PWM整流器的信号检测而提出的控制方法。无电网电动势传感器控制主要包括两类电网电动势的重构方案:其一是通过复功率的估计来重构电网电动势,是一种开环估计算法,因而精度不高,并且在复功率估计算法中由于含有微分项,容易引入干扰;其二是基于网侧电流偏差调节的电网电动势重构,是一种闭环估计算法,它采用网侧电流偏差的PI调节来控制电网电动势误差,因而精度较高。无网侧电流传感器控制是通过直流侧电流的检测来重构交流侧电流。

    6) 电网不平衡条件下的PWM整流器控制

    为了使PWM整流器在电网不平衡条件下仍能正常运行,学术界提出了不平衡条件下,网侧电流和直流电压的时域表达式,电网负序分量被认为是导致网侧电流畸变的原因,同时指出,在电网不平衡条件下,常规的控制方法会使直流电压产生偶次谐波分量,交流侧会有奇次谐波电流。为此,D.Vincenti等人较为系统地提出了正序 坐标系中的前馈控制策略,即通过负序分量的前馈控制来抑制电网负序分量的影响。但是由于该方法的负序分量在 坐标下不是直流量,导致 PI 调节不能实现无静差控制。因此,又有人提出了正、负序双旋转坐标系控制,该方法实现了无静差控制,是较完善的理论,但是其控制的结构比较复杂,运算量大。

    7) 滑模变结构控制

    滑模变结构控制本质上是一种非线性控制,其非线性特性表现为控制的不连续性,特点是系统结构并不固定,而是可以在动态过程中,根据系统当前的状态不断变化,迫使系统按照指定的滑动模态运动。采用滑模变结构控制,可以使PWM整流器不依赖于电网电压、开关器件以及负载参数,对参数变化及干扰具有不变性,即强鲁棒性,但控制器设计中滑模系数的选取比较困难,选取不当容易给系统带来不利抖动,造成系统不稳。

    8) 反馈精确线性化控制

    反馈精确线性化控制利用微分几何理论对非线性系统进行结构分解、分析及控制设计,通过采用适当的非线性坐标变换和非线性状态反馈量,从而使非线性系统得以在大范围甚至在全局范围内线性化,这样就可以方便地使用线性控制理论对非线性系统进行控制器的设计。将反馈精确线性化用于PWM整流器的控制,可以使输入电流快速跟踪网压且畸变较小,具有良好的鲁棒性。该方法非线性控制器设计比较复杂,涉及多次坐标变换,运算量较大。

    9) 基于Lyapunov稳定性理论的控制

    现有大多数PWM整流器控制策略是基于小信号模型,应用线性控制理论进行设计。因此,只有在系统的状态和输入在小干扰的情况下能保证系统的稳定,在大范围干扰的情况下,难以使系统稳定,为了保证PWM整流器在大范围干扰的情况下能稳定运行并具有良好的动静态性能,国内外学者已将Lyapunov稳定理论应用到系统控制设计中。对于非线性系统,只要找到合适的Lyapunov函数,就可以利用该函数对系统控制器进行设计,采用Lyapunov稳定理论设计的PWM整流器,电流跟踪给定值效果明显变好,同时克服了系统参数变化对电流跟踪的影响,在大范围干扰的情况下系统稳定,并具有良好的动态性能,但构造 Lyapunov函数比较困难,难以确定最佳能量函数。

    10)模糊控制

    模糊控制是将系统的动态映射关系通过隶属度函数和模糊规则体现出来,首先将确定性输入量模糊化,利用模糊推理得到模糊输出,再用清晰化的方法得到输出的确定量,这样输入输出是一组规则。采用模糊控制可以使PWM整流器具有如下特点:控制频率不受输入电源频率的限制,只与程序执行周期有关;输入电流快速跟踪电网电压,谐波低,功率因数高;对系统参数不敏感,且能适用负载的非线性变化;模型完全离散化,易于数字实现。

    国内目前的研究主要集中于控制方法的实验研究,分析各参数与系统性能之间的关系,并找出改善电流跟踪性能、提高输入功率因数的方法,其中仿真和实验是主要手段,对于系统建模研究较少。

    针对设计的控制器,在MATLAB/Simulink中搭建仿真电路,检测控制器对抑制扰动、提高输入输出电压电流的动静态性能的效果。仿真图如下:

    图5-1 三相电压型PWM整流器的仿真结构图

    当三相 VSR 控制系统稳定运行时,输出直流侧电压的仿真波形如图 5-2所示。图5-3给出了局部放大图,从图中可以看到直流电压的波动范围只有±0.5V,达到了较好的稳压效果。

    图5-2 直流侧电压波形

    图5-3 波形局部放大图

    为了检验控制器对扰动抑制的作用,在 时,将负载 的值增大,输出电压的波形图5-4所示:

    图 5-4 突加负载时直流电压波形

    图5-5为负载突减时直流电压(输出电压)波形:

     

    图 5-5突减负载时直流电压波形

    由图5-4和5-5看出,当整流器负载突增或突减时,输出电压的扰动并不大,能稳定在期望值上,由此说明整个PWM整流系统对外界的扰动由良好的抑制作用,达到了控制器设计效果。

     

     

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