PWM整流器瞬時功率PI控制與電流解耦控制

1 dsp、cpld在電流型pwm整流器中的應用 馬韜，彭詠龍，石新春 （華北電力大學電氣工程學院，保定071003） 摘要：提出了一種簡單的雙閉環(huán)spwm的直接電流控制 方法，詳細分析了該電路的數學模型，并對該電路進行了 psim仿真，最后利用dsp和cpld控制器實現(xiàn)了整流器的 全數字控制。仿真和實驗結果驗證了該控制策略的正確性和 可行性。 關鍵詞：dsp；cpld；csr；雙閉環(huán) 0引言： 從拓撲結構上pwm整流器可分為電壓型和電 流型兩大類。長期以來，電壓型pwm整流器 (voltagesourcerectifier——vsr)以其較低的損耗、 簡單的結構及控制等優(yōu)點一直成為pwm整流器研 究的重點，但隨著大功率變流技術的發(fā)展特別是電 流型pwm整流器(currentsourcerectifier—csr) 在超導儲能中

以三電平電壓型pwm整流器的數學模型為基礎,結合瞬時無功理論,推導了瞬時功率和三電平整流橋開關矢量之間的關系,提出了一種固定開關頻率的三電平pwm整流器的直接功率控制方法。該方法基于空間電壓矢量調制,實現(xiàn)了動態(tài)過程中有功功率和無功功率的解耦控制。相對于傳統(tǒng)的開關表bang-bang控制方式的直接功率控制,該方法不僅能夠實現(xiàn)系統(tǒng)對有功功率和無功功率的直接控制,而且能保證固定的開關頻率,簡化了濾波器的設計。實驗結果表明該控制策略實現(xiàn)了單位功率因數控制,電流諧波小,具有良好的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能。

通過分析三相脈寬調制(pwm)整流器在d-q旋轉坐標系下的數學模型,設計了具有前饋解耦控制的pwm整流器雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。根據系統(tǒng)對電流內環(huán)的控制要求設計電流比例積分(pi)調節(jié)器,提出按閉環(huán)幅頻特性峰值(mr)最小準則來確定調節(jié)器參數的方法;根據系統(tǒng)對電壓外環(huán)的控制要求,采用模最佳整定法來設計電壓pi調節(jié)器。最后對整個pwm整流器雙閉環(huán)控制系統(tǒng)進行仿真,仿真結果驗證了pi調節(jié)器設計的正確性。

通過功率變換器的數學模型,分析了現(xiàn)行直接功率控制(dpc)系統(tǒng)的原理。傳統(tǒng)dpc系統(tǒng)功率內環(huán)采用一個開關表同時控制瞬時有功功率和無功功率,開關表的設計決定了系統(tǒng)的動、靜態(tài)性能,為了滿足不同的控制要求,文章詳細分析了開關表的設計方法,通過對傳統(tǒng)開關表的改進,克服了傳統(tǒng)開關表的缺點,獲得了良好的功率控制效果。仿真結果驗證了新開關表設計方法的有效性。

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直接功率控制(dpc)動態(tài)響應比電壓定向控制(voc)要快,提出了一種無交流電壓傳感器的三相電壓型pwm整流器基于虛擬電網磁鏈的直接功率控制策略。由于通過估計虛擬磁鏈來計算功率,因此可省略網側電壓傳感器,該控制結構為直流輸出電壓外環(huán),功率控制內環(huán)節(jié)。仿真結果表明,系統(tǒng)可達到單位功率因數,電流畸變小,具有良好的動靜態(tài)性能,方案切實可行。

pwm整流器控制系統(tǒng)通常采用數字pi調節(jié)器,傳統(tǒng)數字pi調節(jié)器設計方法是先將數字系統(tǒng)等效成連續(xù)系統(tǒng),再依據連續(xù)系統(tǒng)的設計方法設計pi調節(jié)器參數,這樣造成很大誤差?；陔x散系統(tǒng)z變換理論,詳細分析了實際系統(tǒng)的運行過程,建立pwm整流器的離散化模型。在此基礎上,根據給定的相應指標,將離散根軌跡法和時域法相結合直接設計數字pi調節(jié)器。仿真和實驗結果證明,由于在離散化模型的建立過程中未進行近似處理,模型更接近實際數字控制系統(tǒng),以該方法設計的電流控制器性能更優(yōu)越。

針對傳統(tǒng)無差拍電流預測控制算法在電網電壓畸變時無法準確跟蹤電流參考值的問題,提出了基于電網電壓預測的無差拍電流控制方法。首先分析了電網電壓諧波對無差拍控制的影響,而后利用重復控制原理對未來兩個周期的電網平均電壓進行預測和補償,消除了電網電壓整數次諧波對電網電流的影響,降低了電網電流諧波。通過進一步分析,證明了該控制算法保持了傳統(tǒng)無差拍控制良好的動態(tài)性能,并對算法的穩(wěn)定性、參數魯棒性和靜態(tài)誤差進行了分析。最后通過仿真和實驗驗證了提出方法的正確性和有效性。

電解鋁用大功率整流器的設計 摘要 電解電源屬于低壓大電流設備,其品質的好壞直接關系著電解產物的純度,同時作為電解行業(yè)最主要 的能量消耗者,其效率的高低關系著行業(yè)的節(jié)能增效,其功率因數及諧波畸變率的大小關系著對電網 污染程度的高低,因此,研制高品質、高性能的電解電源是電解行業(yè)實現(xiàn)節(jié)能增效、環(huán)保綠色化的重 要途徑。 設計簡要概述了鋁電解供電特點、國內的研究現(xiàn)狀,指出了項目研究背景及意義;詳細闡述了 110kv硅整流裝置供電系統(tǒng)的組成以及各主要部件的工作原理及特點;著重研究了110kv供電整流系 統(tǒng)中的整流電路設計方案的確定;通過對整流供電系統(tǒng)的改造,提高了供電系統(tǒng)的可靠性。從而切實 提高了整流效率,降低了電能損耗,確保了電解整流供電系統(tǒng)安全、經濟、可靠運行。對降低單噸鋁 的電耗、減少環(huán)境污染,提高企業(yè)的生產效率和經濟效益以及促進企業(yè)的現(xiàn)代化進程。因此,

提出了pwm整流器的等效電路并在dq坐標系下進行了建模分析,對采用變結構的電流控制環(huán)和pi電壓控制環(huán)的雙閉環(huán)的控制器進行了深入分析。針對變結構控制存在的不足,采用pid趨近率來減小變結構控制的抖振及到達滑模面的時間,在對pid趨近率設計進行理論分析的基礎上提出了一種優(yōu)化變結構控制策略。對該優(yōu)化控制器的設計進行了詳細的分析并進行了仿真與實驗驗證,結果表明所提出的優(yōu)化變結構控制策略可以實現(xiàn)pwm整流器的單位功率因數運行,且輸入電流畸變較小,在負載變化時可以保證系統(tǒng)的快速調節(jié),動、靜態(tài)調控特性較好。

pwm整流器是一種高功率因數、低噪音靜止變流器。采用類似于交流電機磁鏈觀測的方法構造出虛擬的電網磁鏈矢量,作為pwm整流器矢量控制中的定向矢量,可以達到取消交流側電網電壓傳感器、降低pwm整流器硬件成本的目的。提出了準確觀測虛擬電網磁鏈的方法,解決了pwm整流器無電壓傳感器運行的關鍵問題。

介紹一種新的大功率整流器電流檢測方法,不需要電流檢測元件,而是測量整流器輸出極杠上沿著電流方向的兩點之間的電勢差,從而間接檢測電流,并用貼片熱電阻測量輸出極杠上檢測電勢差的兩點之間的溫度,以實現(xiàn)對極杠發(fā)熱引起的測量誤差的補償。

單周期控制方式是一種大信號非線性模擬控制方式。它僅需要幾個數字邏輯器件就可完成單位功率因數的控制任務,具有結構簡單、響應速度快的優(yōu)點。本文對基于單周期控制的三相三開關三電平整流器(vienna)進行了深入研究,推導了其單周期控制方程,并分析了在兩個輸出電容電壓不相等情況下的電壓平衡問題,說明了在單周期控制方式下輸出電容電壓可以達到平衡狀態(tài)。最后進行了整個系統(tǒng)的仿真與試驗驗證,仿真與試驗結果證明了理論分析的正確性。

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電壓型PWM整流器(VSR)及控制系統(tǒng)的matlab仿真

六開關三相四線pwm整流器拓撲是適合于中大功率高頻ups裝置的前級整流器拓撲。與常規(guī)的六開關三相三線整流器相比,三相四線整流器輸出正負直流母線,并且輸入側存在零序電流通路,如果沿用三相三線整流器的控制方法,必然會引起很大的中線電流。針對此問題。討論了三相四線pwm整流器輸出為正負直流母線電壓均衡控制和中線電流控制問題,建立了三相四線整流器數學模型,分析了中線電流產生的機理以及抑制的方法,設計了基于同步旋轉坐標系的三相四線整流器的控制算法。在功率40kw的實驗樣機上驗證了控制方法的有效性,保證了輸出正負母線電壓的平衡及較小的輸入電流諧波。

六開關三相四線pwm整流器拓撲是適合于中大功率高頻ups裝置的前級整流器拓撲.與常規(guī)的六開關三相三線整流器相比,三相四線整流器輸出正負直流母線,并且輸入側存在零序電流通路,如果沿用三相三線整流器的控制方法,必然會引起很大的中線電流.針對此問題.討論了三相四線pwm整流器輸出為正負直流母線電壓均衡控制和中線電流控制問題,建立了三相四線整流器數學模型,分析了中線電流產生的機理以及抑制的方法,設計了基于同步旋轉坐標系的三相四線整流器的控制算法.在功率40kw的實驗樣機上驗證了控制方法的有效性,保證了輸出正負母線電壓的平衡及較小的輸入電流諧波.

word文檔可編輯 變壓器與整流器 作者：佚名文章來源：本站原創(chuàng)點擊數：更新時間：2005-5-16 一、高變低，低變高 如圖1所示找一個凵形的鐵芯，在它的兩臂上纏上絕緣布。用直徑0．2 毫米的漆包線，在鐵芯的一臂上繞1100匝；在它的另一臂上用直徑0．5 毫米的漆包線繞45匝，并在15匝、30匝的地方各抽出一個接頭（把繞 線折回一段，往一個方向扭幾轉，不能把繞線弄斷）。然后把一方形鐵條 橫放在凵形鐵芯開口處，鐵芯就成了一個閉合的方框。 把1100匝的線圈接到220伏的交流電源上，用交流電壓表（如果用 自己做的電流檢驗計來測量，必須串聯(lián)上一個整流器才行）測出另一個線 圈的15匝、30匝、45匝的電壓。 從測出的電壓數字看，只有幾伏，都比220伏的交流電壓低得多，這 就是說，比較高的電壓經過這么個裝置以后，給變成了較低的電壓。上面 這個裝置就

本文提出了一種通過調節(jié)pwm整流器功率因數,來抑制交流傳動的列車處于再生制動時因受電弓處電壓過高而導致再生失效的方法。分析了列車再生制動時,為了抑制受電弓電壓升高,所需的pwm整流器功率因數角調節(jié)的范圍,給出了在pwm整流器的預測電流控制的基礎上改進策略并實現(xiàn)其功率因數調節(jié)的方案。在考慮無功傳輸導致的線路功率損耗的情況下,計算了抑制受電弓電壓上升所需要的pwm整流器功率因數角調節(jié)的大小,并通過仿真驗證了方案的可行性。

傳統(tǒng)pwm整流器的直接功率控制(dpc)系統(tǒng)中,在靠近基本電壓矢量的位置,出現(xiàn)功率調節(jié)失控,導致網側電流諧波含量較大。在pwm整流器功率數學模型的基礎上,分析了電壓矢量對有功功率和無功功率的影響,針對傳統(tǒng)開關表下功率調節(jié)能力不穩(wěn)定的問題,提出了動態(tài)扇區(qū)劃分下的雙開關表控制策略。該方法實現(xiàn)了功率調節(jié)的有效性,而且獲得了更好的動態(tài)控制效果,更低的電流諧波含量。最后matlab/simulink仿真實驗結果驗證了該控制策略的正確性和實用性。

在低開關頻率時采用傳統(tǒng)電流調節(jié)器設計對pwm整流器進行控制,將導致dq軸電流的嚴重耦合,甚至系統(tǒng)不能正常工作。本文分析了pwm整流器的離散化模型,考慮實際系統(tǒng)中存在的pwm延遲,基于復矢量概念并結合整流器離散特性進行了直接離散化電流調節(jié)器設計。該設計方法不需要進行雙線性變換,且其閉環(huán)系統(tǒng)與采樣周期無關,性能穩(wěn)定。通過幾種離散化調節(jié)器的仿真結果對比顯示了直接設計離散電流調節(jié)器的優(yōu)越性能。

為了提高中壓大功率pwm整流器出力,需要降低pwm開關頻率,但將造成pwm整流器id、iq電流分量耦合嚴重的現(xiàn)象。為解決這一問題,在對兩電平pwm整流器進行復矢量信號建模的基礎上,設計新穎的基于復矢量的電流調節(jié)器,該調節(jié)器能在低開關頻率下實現(xiàn)對網側電流d、q分量的有效解耦。matlab仿真及dsp實驗結果驗證了本設計方法的可行性。