三相電壓型變流器的建模及雙閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、電力電子設(shè)備在人們的日常生產(chǎn)、生活中日益扮演著越發(fā)重要的角色,同時這些非線性設(shè)備也引起了一些嚴(yán)峻的問題,如電力線路上的電流諧波污染和無功功率消耗嚴(yán)重等。而許多精密電器,它們對電能質(zhì)量的變化敏感度很強(qiáng)。在此背景下,基于PWM技術(shù)的三相VSC(Voltage Sourced Converter,電壓型變流器)由于其獨特的性能,如可以實現(xiàn)單功率因數(shù)變流、四象限運(yùn)行,成為研究的熱點。本文針對理想的網(wǎng)側(cè)三相對稱及實際中經(jīng)常出現(xiàn)的三相不對稱這兩種情

2、況,對VSC的建模及雙閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行了研究及仿真驗證。
  本研究主要內(nèi)容包括:⑴要研究三相VSC特性并進(jìn)行分析,其數(shù)學(xué)模型是基礎(chǔ)。通常所看到的選用開關(guān)函數(shù)描述的三相VSC的通用模型的優(yōu)點是物理意義明確,對系統(tǒng)的描述準(zhǔn)確所以適合于仿真,但是這個模型是時變、不連續(xù)并且強(qiáng)耦合的。為了深入分析,針對這個問題將VSC的基于開關(guān)函數(shù)的通用數(shù)學(xué)模型經(jīng)過傅里葉變換,就能得到兩個連續(xù)的模型:高頻模型和低頻模型。由變換得來的高頻模型的式子對其

3、進(jìn)行進(jìn)一步的推導(dǎo),就能得到反映系統(tǒng)動態(tài)特性的描述,如直流側(cè)電壓諧波和電流諧波與其次數(shù)、開關(guān)頻率等系統(tǒng)參數(shù)間的關(guān)系。對低頻模型,采用坐標(biāo)變換原理,使得對模型的分析和控制得到簡化。雙閉環(huán)控制系統(tǒng)中電流內(nèi)環(huán)采用滯環(huán)控制,使得電流快速跟蹤指令值且具有很好的魯棒性。電壓外環(huán)采用PI控制,能在dq坐標(biāo)系中實現(xiàn)無靜差控制。通過仿真實驗,證明了設(shè)計的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)能使VSC很好的實現(xiàn)雙向變流,表明高頻模型反映的輸入、輸出諧波幅值與系統(tǒng)參數(shù)之間的關(guān)系是正

4、確的,這對系統(tǒng)參數(shù)的選取有指導(dǎo)意義。⑵在實際應(yīng)用中經(jīng)常出現(xiàn)的網(wǎng)側(cè)三相電壓幅值、相位不對稱情況下,現(xiàn)有文獻(xiàn)大多都只是對VSC穩(wěn)態(tài)工作點的控制有所描述,對輸入、輸出的瞬時功率和交、直流側(cè)諧波之間的內(nèi)在關(guān)系沒有研究,而且很多情況下都是把交流側(cè)電感上的瞬時功率交換忽視了,而這種忽略在功耗大、對開關(guān)頻率有限制的情況下不成立。本文深入的分析了負(fù)序分量存在時交、直流側(cè)的瞬時功率流和諧波產(chǎn)生機(jī)理,并結(jié)合高頻模型對分析進(jìn)行了合理的簡化并提出控制的依據(jù)。對

5、比不同的正、負(fù)序分離方法的優(yōu)劣,選擇延遲法實現(xiàn)了對正、負(fù)序的精確快速的分離。設(shè)計了獨立的正、負(fù)序分量雙PI控制策略以抑制直流側(cè)的低頻波動。通過對輸出瞬時功率的分析,提出了改進(jìn)的電壓環(huán)控制策略;通過SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation,空間矢量脈寬調(diào)制)對電流環(huán)進(jìn)行調(diào)制。通過對仿真結(jié)果的對比表明,改進(jìn)的模型在較高的不平衡度條件下,在響應(yīng)速度及抑制超調(diào)方面上具有優(yōu)越性。仿真結(jié)果表明改進(jìn)的雙閉環(huán)控

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