基于空间矢量的三相电压型PWM整流器的研究
三相电压型SVPWM整流器仿真研究
三相电压型SVPWM整流器仿真研究一、概述随着电力电子技术的快速发展,三相电压型SVPWM(空间矢量脉宽调制)整流器作为一种高效、可靠的电能转换装置,在新能源发电、电机驱动、电网治理等领域得到了广泛应用。
SVPWM技术以其独特的调制方式,能够实现输出电压波形的高精度控制,提高整流器的电能转换效率,降低谐波污染,成为现代电力电子技术的研究热点。
三相电压型SVPWM整流器的基本工作原理是通过控制整流器的开关管通断,将交流电源转换为直流电源,为负载提供稳定、可靠的直流电能。
在SVPWM调制策略下,整流器能够实现对输入电压、电流的高效控制,使电网侧的功率因数接近1,从而减小对电网的谐波污染,提高电能质量。
为了深入了解三相电压型SVPWM整流器的性能特点,本文将对其仿真研究进行深入探讨。
通过建立整流器的数学模型,利用仿真软件对其进行仿真分析,可以直观地了解整流器在不同工作条件下的运行特性,为实际工程应用提供有力支持。
仿真研究还可以为整流器的优化设计、参数选择等提供理论依据,推动三相电压型SVPWM整流器技术的进一步发展。
三相电压型SVPWM整流器作为一种高效、可靠的电能转换装置,在现代电力电子技术中具有重要的应用价值。
通过仿真研究,可以深入了解其性能特点,为实际应用提供有力支持,推动相关技术的不断发展。
1. 研究背景:介绍三相电压型SVPWM整流器的研究背景及其在电力电子领域的应用价值。
能源转换效率的提升:在当前的能源结构中,电力是最主要的能源形式之一。
电力在传输和分配过程中往往存在损耗和污染。
三相电压型SVPWM整流器作为一种能够实现AC(交流)到DC(直流)高效转换的装置,能够显著提高能源转换效率,降低能源浪费,从而满足日益增长的能源需求。
电网稳定性的改善:随着可再生能源的快速发展,电网的稳定性问题日益突出。
三相电压型SVPWM整流器具有快速响应和精准控制的特点,能够有效地改善电网的电能质量,提高电网的稳定性。
基于空间矢量控制(SVPWM)技术的三相电压型整流器设计
基于空间矢量控制(SVPWM)技术的三相电压型整流器设计作者:佚名来源:本站整理发布时间:2010-9-9 10:54:01 [收藏] [评论]传统的变压整流器和非线性负载的大量使用使电网中电流谐波含量较高,对飞机供电系统和供电质量造成很大影响。
消除电网谐波污染、提高整流器的功率因数是电力电子领域研究的热点。
空间矢量PWM(SVPWM)控制具有直流侧电压利用率高、动态响应快和易于数字化实现的特点。
本文采用空间矢量技术对三相电压型整流器进行研究,使其网侧电压与电流同相位,从而实现高功率因数整流。
1 空间矢量控制技术SVPWM控制技术通过控制不同开关状态的组合,将空间电压矢量V控制为按设定的参数做圆形旋转。
对任意给定的空间电压矢量V均可由这8条空间矢量来合成,如图1所示。
任意扇形区域的电压矢量V均可由组成这个区域的2个相邻的非零矢量和零矢量在时间上的不同组合来得到。
这几个矢量的作用时间可以一次施加,也可以在一个采样周期内分多次施加。
也就是说,SVPWM通过控制各个基本空间电压矢量的作用时间,最终形成等幅不等宽的PWM脉冲波,使电压空间矢量接近按圆轨迹旋转。
主电路功率开关管的开关频率越高,就越逼近圆形旋转磁场。
为了减少开关次数,降低开关损耗,对于三相VSR某一给定的空间电压矢量,采用图2所示的合成方法。
在扇区I中相应开关函数如图3所示。
零矢量均匀地分布在矢量的起、终点上,除零矢量外,由V1、V2、V4合成,且中点截出2个三角形。
一个开关周期中,VSR上桥臂功率开关管共开关4次,由于开关函数波形对称,谐波主要集中在整数倍的开关频率上。
2 直接电流控制策略三相VSR的电流控制策略主要分为直接电流控制和间接电流控制。
直接电流控制采用网侧电流闭环控制,提高了网侧电流的动、静态性能,并增强电流控制系统的鲁棒性。
而在直接控制策略中固定开关频率的PWM电流控制因其算法简单、实现较为方便,得到了较好应用,在三相静止坐标系中,固定开关频率的PWM电流控制电流内环的稳态电流指令是一个正弦波信号,其电流指令的幅值信号来源于直流电压调节器的输出,频率和相位信号来源于电网;PI电流调节器不能实现电流无静差控制,且对有功电流和无功电流的独立控制很难实现。
风力发电中三相电压型PWM整流器的研究
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
(S h o fI fr t n & C mmu iainEn iern No t ie st fChn , iu n0 0 5 ,Chn c o l no mai o o o nct gn e ig, rh Unv ri o ia Tay a 3 0 o y 1 ia) Ab ta t src :A t e tc l d l fP M etf ri sa l h d i h wo p a er tt gc o dn t y tm ya ay mah ma ia mo e W o r cie se tbi e t et - h s oai o r iaes se b n l— i s n n
v l g -o reP M ci e e in di e ot r f t b Smui .Th i l inrs l o ta i c nr l ot es uc W a r t ir s s e t f e f id g n h s waeo l / i l k Ma a n es mua o ut s w t hs o to t e sh h t
仿 真 结果 表 明 , 此控 制 方 法有 效 可行 。
关 键 词 : wM 整 流 器 ; 接 电流 控 制 ; 闭环 控 制 P 直 双 中图 分 类 号 : TM4 1 6 文献标识码 : A
Re e r h o r ePh s la e S u c W M ciirUs d i id P w e y tm s a c n Th e - a eVo tg — o reP Re t e e n W n o rS se f
me h d i e fc i e t o fe t . S v Ke r s W M e tf r d r c u r n o t o ; u l ls & lo o t o y wo d :P r c i e ; i tc r e tc n r l d a o e o p c n r l i e c
基于空间电压矢量的三相电压型PWM整流器的研究
=
-
T 封
2 空 间电压 矢量 ( V WM) 制原 理 SP 控
斗,
2 1 扇 区 判 断 . 由图 1 根据功率管不同的开通 和关 断状态 , 整流 器有 8
,
=
一
种导通模 式 , 对应 8个 空 间 电压矢 量状 态 ( 0 00—11 , 1 ) 矢
量 分 布 如 图 3所 示 。
‰ =一
() 3
分析 P WM整流器要从其数学模 型人手 , 推导整 流器 的数 在 学模 型之前 , 先作 出以下假设 : 1 )忽略分布参 数的影响 ;
2 )三 相 电 源 为 理 想 电 压 源 ;
0
3 )主回路 等效 电阻和电感相等 ;
4 )忽略功率器件的导通压降和开关损耗 ;
中图分类号 :M 6 T 41
文献标识码 : A
0 引言
随着电力电子装 置在各个领 域的广泛应用 , 中大量低 其 功率因数的不控整流设备 只能实现能量的单向传输 , 并且对 电网的谐波污染 十分严 重 。而新 型 P WM 整流 装置具 有高 功率因数 、 输入 电流 波形 为正 弦 、 低谐 波 污染 、 能量双 向流 动、 小容量储能环节和恒定 直流 电压控 制等优点 , 正实现 真
了“ 色 电能 变 换 ” 在 电 力 系 统 有 源 滤 波 、 功 补 偿 、 阳 绿 , 无 太 能 发 电 以及 交 直 流传 动系 统 等 领 域 , 来 越 具 有 广 阔 的 应 用 越 前 景 0 , 中 S P 其 J V WM ( 间矢 量 调 制 ) 具 有 直 流 电 压 利 空 因
律 , 以列 写 如 下 方 程 : 可
三相静 止坐标系 下 的数 学模型物理 意义清 晰、 观 , 直 但 由于整流器交流侧均为时变交流量 , 不利于控制系统的设 计 。三 相静止 坐标系到两 相静 止坐标系的变换矩 阵 c s 2 3/ s ,
基于电压空间矢量PWM脉宽调制方式的新型三电平高频整流器研究
的 , 但对中点电位的影响却不同 。当系统工作在整
假设电网为理想无穷大 , A 相电压 V SA = V sm ・ cos (ωt )
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1 引言
三电平 PWM 变流技术的发展将使得电网大容 量 FACTS 装置例如新型无功功率发生器 STA T2 COM 、电力有源滤波器 APF 及功率因数可调节的
1〕 PWM 高频整流器等进一步走向实际应用阶段〔 。
种 : 其一为谐波消除法 , 其二为优化目标函数法 。 前者适用于低调制比应用场合 , 它没有角度跳变的 缺点 , 但总的谐波畸变率相比后者仍然较高 , 而且 主要谐波集中在开关频率附近 ; 后者由于具有较高 的调制比 , 因而适用于高调制比应用场合 , 虽然它 随着调制比变化 , 开关角度存在跳变的缺点 , 但其 总谐波畸变率相比前者要小 , 而且谐波分布没有前 者那样集中 , 而是较为分散 。两者相结合不失为一 种好办法 , 缺点在于两者相互过渡需要仔细考虑而 且 动态特性不好 [ 3 ] 。 基于滞环电流控制方式固然
= =-
2 3 ( V sm - I sm ・R s) 3
3 ωL s ・I sm
且
VR cosθ - V Rq ・ sinθ α = V Rd ・
3 3 3 3 3
θ VR sinθ - V Rq ・ cos β = V Rd ・
3
( 4)
t 02 和 t 02 , 于是有 V 0 ・t 00 + V 01 ・t 01 + V 02 ・t 02 = V R ・t s t 00 + t 01 + t 02 = t s
三相电压型PWM整流器空间矢量控制策略的研究
第四章 三相电压型PWM 整流器空间矢量控制策略的研究三相电压空间矢量控制PWM 整流器,控制方案如图4-1,外环稳定输出直流电压,内环实现电流跟踪。
由直流电压控制环节产生输入电流参考幅值,再与电源相电压瞬间相位结合得到内环控制的参考电流。
图4-1 三相电压型PWM 整流器空间矢量控制框图参考电压与输出电压反馈的差值*dc dc U U U ∆=-经PI 调节后,得到一个与输入电流相对应的幅值信号*m I ,最后调制为正弦参考电流。
检测三相中的两相电流,与参考电流比较后的差值再转换到xy(或αβ)两相坐标系,得到s I ∆。
在两相静止坐标系上,设三相电网电压平衡,且只考虑基波分量。
参考电压控制量: s sref s s s sL I V V R I T *∆=-*-(其中s T 为采样周期) (4-1)于是可求得参考电压矢量在x,y 轴上的分量Vx 和Vy 。
根据Vx 、Vy 便可选定扇区并直接计算空间矢量在各个扇区内的作用时间,得到各开关状态和占空比。
4.1空间矢量原理以平均值等效为标准进行空间矢量合成的原理如图4-3所示,保证每个矢量切换区间都是以零矢量开始和结束,其中均以零矢量(000)开始和结束,中间的零矢量为(111);每个区间虽有多次开关状况的切换,但是非零矢量的顺序保证每次切换只涉及一个开关器件。
图中,04T ,12T ,22T ,02T 分别为矢量调制中各开关状态所对应的时间。
当负载或三相电源在短时间内变化幅度比较大时,s I ∆的幅度将比稳态时大得多,致使12s T T T +>[36]。
所以,为了维持开关频率恒定,过调制时电压空间矢量只由两相邻电压矢量合成,零矢量不发生作用。
将1T 和2T 乘以一个衰减系数,从而12s T T T ''+=,即'''111222120/()/()0T T T T T T T T T =+=+=,,同时。
三相电压型PWM整流器控制策略及应用研究
三相电压型PWM整流器控制策略及应用研究一、概述随着电力电子技术的快速发展,三相电压型PWM(脉冲宽度调制)整流器作为一种高效、可靠的电能转换装置,在电力系统中得到了广泛应用。
其不仅能够实现AC(交流)到DC(直流)的高效转换,还具有功率因数高、谐波污染小等优点,对于改善电网质量、提高能源利用效率具有重要意义。
对三相电压型PWM整流器的控制策略及应用进行深入研究,对于推动电力电子技术的发展和电力系统的优化升级具有重要意义。
三相电压型PWM整流器的控制策略是实现其高效稳定运行的关键。
目前,常用的控制策略包括基于电压矢量控制的直接电流控制、基于空间矢量脉宽调制的间接电流控制等。
这些控制策略各有优缺点,适用于不同的应用场景。
需要根据实际应用需求,选择合适的控制策略,并进行相应的优化和改进。
在实际应用中,三相电压型PWM整流器被广泛应用于风力发电、太阳能发电、电动汽车充电站等领域。
在这些领域中,整流器的稳定性和效率对于保证整个系统的正常运行和提高能源利用效率具有至关重要的作用。
对三相电压型PWM整流器的控制策略及应用进行研究,不仅有助于推动电力电子技术的发展,还有助于提高能源利用效率、促进可再生能源的发展和应用。
本文将对三相电压型PWM整流器的控制策略及应用进行深入研究。
介绍三相电压型PWM整流器的基本原理和常用控制策略分析不同控制策略的优缺点及适用场景结合实际应用案例,探讨三相电压型PWM整流器的优化改进方法和发展趋势。
通过本文的研究,旨在为三相电压型PWM整流器的设计、优化和应用提供理论支持和实践指导。
1. 研究背景与意义随着全球能源危机和环境污染问题日益严重,可再生能源的利用与开发已成为世界各国关注的焦点。
作为清洁、可再生的能源形式,电能在现代社会中发挥着至关重要的作用。
传统的电能转换和利用方式存在能量转换效率低、谐波污染严重等问题,严重影响了电力系统的稳定性和电能质量。
研究高效、环保的电能转换技术具有重要意义。
三相PWM整流器的研制
的 直 接 电流 控 制 方 式 ,具 有 快 速 的动 、静 态 调 整 性 能及 较 高 的直 流 电压 利 用 率 等 优 点 ,正 成 为 P WM
在三 相静 止对 称坐标 系( ,b , c ) 中 ,P W M 整
流 器开关 函数 模型
三相 P W M 整 流 器 的研 制
赵 武玲 彭树 文 王伟 强 姚 广
( 核 工业理 化工程研 究院 ,天 津 3 0 0 1 8 0 )
摘 要 本文提 出 了一种基 于 空 间矢量脉 宽调 制 ( S VP WM )的直接 电流 控 制策略 的 三相 电压 型P WM 整流器 ,给 出 了它 的拓扑 结构及 数 学模 型 。为 了提 高系 统 的可靠性 ,优 化 了主 电路 结构 设 计及 控制 系统软硬 件设 计 , 并 搭建 了样机 进行试 验 。 试 验结果 表 明三相 P WM 整 流器 带负 载运 行 效果 良好 ,所设 计 的控 制系 统具有 很好 的稳 态和 动态性 能。 关键 词 :整流器 ;状 态 空间矢 量脉 宽调 制 ;抗干 扰
The Re s e a r c h o n Thr e e - pha s e PW M Re c t i ie f r
Zh ao Wu l i n g Pe n gS hu we n Wa n g We i qi an g Y ao Gu a n g
传 统变频器 其整流 器部分多采用二极管整流或 可控硅整 流方式,输入 电流 谐波大,对 电网造成很 大污染 ,工程应 用中需要另外加装功率因数补偿装 置 ,成本 高,体积大 。随着绿 色能源 的快速发展,
脉 宽调 制 ( P wM )整 流 器 技 术 以其 能 够 实 现 网侧 单
电压型PWM整流器电流空间矢量控制研究
电压 型 P W M 整 流器 电流 空 间矢 量控 制研 究
张祥 ,晋 建厂
( 1 .中国舰船 研 究设 计 中心 ,武汉 4 1 0 0 7 4 ;2 .海军 装备 部 ,北京 1 0 0 0 7 1 ) 摘 要 :针对 如 何提 高 电压 源 型三相 P WM 整流 器 交流侧 电流 的控 制速 度 问题 , 本 文提 出 了控 制和 调 制相 结
Two - s pa c e Ve c t o r Cur r e n t Co nt r o l S t r a t e g i e s f o r
Thr e e — pha s e Vo l t a g e S o u r c e PW M Re c t i ie f r
制 技 术 的 发 展 ,P WM 整 流 器 越 来 越 被 各 种 工 矿
企 业所 接 受 。 这 种 整 流 器 虽然 控 制 方 面 相 对 复 杂 , 但 是其 动 态 响应 速 度 比 较 快 ,储 能 器件 体 积 相 对
数 的设 计 和 其 性 能 严 格 地 依 赖 于 系 统 的 各 个 电量 参 数 ;还 有 一 些 文 献 中利 用 变 量 反 馈 线 性化 方 法 将 整 流 器 的数 学 模 型 线 性 化 并 利用 极 点配 置 的方 法设计控制器【 4 J ,或 者 利 用 李 亚 普 诺 夫 函数 设计 控制器L 5 I o J , 然 而 这 些 非 线 性 控 制策 略 数 学 处理 及 计 算 比较 复 杂 实 现 起 来 相对 比较 困难 ;滞 环 控 制
合 的两 种 控制 策 略 ,即 电流 的空 间矢 量滞 环控 制策 略 和优化 的电流 空 间矢量 控制 策 略 。本文 分别 对这 两种
三相PWM整流器基于空间矢量的直接功率控制52_4414
三相PWM 整流器基于空间矢量的直接功率控制张明莲[1] 杨雪峰[2](1徐州空军学院四站系航空电气教研室 江苏 徐州 221002)(2中国矿业大学建筑设计研究院 徐州 221006)摘要:本文介绍一种新型的三相电压型PWM 整流器基于空间矢量调制的直接功率控制(DPC-SVPWM),给出了基于虚磁链的功率估算式,设计了功率调节器参数,对有功功率调节器和无功调节器之间的相互耦合影响关系做了分析,并做了仿真研究。
研究和分析表明,三相电压型PWM 整流器基于空间矢量调制的直接功率控制系统具有结构和算法简单、高功率因数、低谐波、开关频率固定等优点。
关键词:PWM 整流器;直接功率控制;虚磁链;空间矢量Simple Direct Power Control of Three-Phase PWM Rectifier Using Space–Vector Modulation (DPC-SVM)ZHANG Ming-lian [1] YANG Xue-feng [2](1 The electric staff room of four stations,the air force martial eustitute of xuzhou ) Abstract :This paper introduces a novel and simple direct power control of three-phase pulse-width -modulated (PWM) rectifiers using space-vector modulation (DPC-SVM). The active and reactive powers are used as the pulse width modu -lated (PWM) control variables instead of the three-phase line currents being used.Moreover, line voltage sensors are replaced by a virtual flux estimator. The theoretical principle of this method is discussed. The results of DPC-SVM thatillustrate DPC -SVM exhibits several features, such as a simple algorithm, good dynamic response, constant switching frequency,and particularly it provides sinusoidal line current when supply voltage is not ideal.Key words :PWM rectifier;Direct Power control ;Virtual_flux ;Space voltage 引言与感应电机磁场定向的直接转矩控制相似,三相PWM 整流器基于电压的直接功率控制(V oltage-based Direct Power Control ,V-DPC) [1]和基于虚拟磁链定向的直接功率控制(Virtual- Flux-based Direct Power Control ,VF-DPC) [2]是通过直接对整流器输入输出功率进行控制,即通过估算功率和给定功率的偏差来实时确定开关状态的选择,以实现整流器直流侧和网侧能量的平衡。
基于空间矢量控制的PWM整流系统的研究
结构 图. 是 由交 流 侧 的 电感 L 电阻 R、 流 电容 它 、 直 C以及 由全 控开 关器 件和续 流 二极 管组 成 的三 相 整
调速 , 当今发 展 最快 并 受 到普 遍 重 视 的变 频 调 速 技 术 是脉 冲宽 度调 制 ( WM) P 技术 . 实用 的变 频器 一 般 为交 流 一直 流 一交 流 电压 型结 构 , 流元 件 是 不 可 整
维普资讯
第 1 6卷
第 3期
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9
此时 , 对直 流侧 电容 C的正 极 节 点 处应 用 基 尔
( 2 1)
霍 夫 电流定律 , 有
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一s 0一÷ [o ( - 1 0 )i( 2 。+ i n cs 0 2 。sn 一1 0) c s0 10 )il 0] o (+ 2 。s 2 。 n
2 两相 ( ,) 转 坐标模 型 的建 立 d q旋
上 述 电压 型 P WM 整 流器 的数 学模 型具 有 物理
一
号. c 1) c 2] [ o-0 o o - s 2 s o (  ̄ ( )
( 3 1)
将式 ( 2 代 入式 ( ) 式 ( 3 代 入式 ( ) 得 1) 6 , 1) 7,
(。 i s 6 ( + )b S + ( + i+ i)o6 + o S+ )s s 。 s 。 6 ss S
三相电压型PWM整流器空间矢量控制研究和仿真分析(精)
三相电压型PWM整流器空间矢量控制研究和仿真分析■<武汉通信指挥学院装备管理应用教研室王会涛■<重庆通信学院卫星通信教研室邓军■<宣化通信训练基地通信维护教研室姚彬摘要:以电压空间矢量控制的基本原理和概念为基础,结合Matlab/Simulink软件包构建了三相PWM整流器空间矢量控制系统的仿真模型,并详细给出各模型的具体参数。
仿真结果显示,该方法简单,控制精度高,用于三相PWM整流器中具有良好动、静态性能。
关键词:矢量控制;整流器;仿真1概述[1]传统的PWM控制技术多用于两电平电路的驱动控制,其主要方法是正弦脉宽调制(SPWM),调制波为正弦波,依靠三角载波和调制波的比较得出交点实施控制,其电压利用率低,谐波含量大。
而随着微处理器技术的发展和多电平电路的出现,涌现出很多新的控制方法像优化PWM方式、滞环电流控制方式、空间电压矢量控制方式等等。
其中,空间电压矢量控制通过合理地选择、安排开关状态的转换顺序和通断持续时间,改变多个脉冲宽度调制电压的波形宽度及其组合,达到较好的控制。
相对SPWM控制,具有电压利用率高、谐波含量小、大大改善了系统的静态和动态性能,具有结构简单、容易实现、控制精度高等特点。
本文采用空间矢量控制的控制策略,并对整流电路采用电压外环PI和电流内环PI控制相结合的方法,建立三相电压型PWM矢量控制方案的仿真模型,并对其进行分析研究。
图1三相电压型PWM空间矢量控制方案图电源技术<2008年11月692三相电压型PWM整流器控制方案[234]图1为三相电压型PWM整流器空间矢量控制方案图。
它是由主电路和控制回路这两部分组成,其中,控制回路主要由输入电流和输出电压检测、坐标变换、PI 控制器和SVPWM脉冲产生等部分组成。
其原理如下:三相交流电通过三相电压型整流电路整流为稳定的直流电压。
同时,控制回路对主电路的输入电流和输出直流电压进行检测,一方面,将检测值与给定值进行比较后送入PI控制调节器,输出值与电流比较并将其输出送入PI控制器变为电压信号,再经坐标变换送入SVPWM脉冲产生单元,完成电压闭环控制;另一方面,将检测的输入电流经坐标变换与给定电流比较,送入PI控制器变为电压信号,再经坐标变换送入SVPWM脉冲产生单元,完成电流的闭环控制。
毕业设计_三相电压型PWM整流器的研究
摘要随着社会的高速发展,电能在工农业生产和人民日常生活中发挥着起来越重要的作用,然而与之同时与国民生产生活密切相关的电力电子换流装置,如变频器、高频开关电源、逆变电源等各种换流装置在广泛的运用中给电网带来了大量的无功功率与严重的谐波污染。
随着电力电子技术的发展,具有网侧电流接近正弦波、功率因数近似为1、直流侧输出电压稳定、抗负载扰动能力强并且能够在四象限运行的PWM整流器应运而生,成功地取代了不可控二极管整流器和相控的晶闸管整流器,并成为电力电子技术研究的热点。
本言研究的主要对象就是应用最为广泛的三相电压型PWM整流器。
首先,本文介绍了PWM整流器研究的背景与意义,综述了PWM技术的发展及现状,引出了三相电压型PWM整流器,并分析了三相电压型PWM整流器的工作原理,并在此基础上建立了其在ABC三相静止坐标系、d-q同步旋转坐标系和α-β两相静止坐标系三个不同坐标系下的数学模型。
其次,本文对PWM整流器的电流控制策略进行了深入的研究,分析了间接电流控制和直接电流控制的优缺点,确定了采用直接电流控制,并对双闭环控制器及PWM整流器主回路参数进行了系统的设计;引入了电压空间矢量,阐述了空间电压矢量控制的控制算法。
最后,本文在理论分析的基础上,利用MTALAB提供的电力电子工具箱,在Simuink 仿真环境下建立了三相VSR型PWM整流器主回路及控制器的模型并进行了仿真实验,通过对仿真结果的分析,表明了该方案能够满足网侧电流近似正弦和高功率因数的要求,验证了方案的正确性和可行性。
关键词:三相电压型PWM整流器;直接电流控制;双闭环控制;电压空间矢量PWM;Matlab仿真ABSTRACTWith the rapid development of modern society,the power in modern industry plays an increasingly important role,but in the national production and life are closely related with the power electronic converter devices,such as the frequency converters,high-frequency switching power supplies,power inverters and other various converters the use of the device will give our power grid to bring a lot of unfavorable factors,such as a large amount of reactive power and harmonic,low power factor,or even cause severe electromagnetic pollution,resulting in the use of other equipments are not normal in same network.With the development of power electronic and PWM technology, the rectifier has the characteristics of high power factor,harmonic minor,DC output voltage stability and has operate in the four-quadrant,etc.It becomes a green power conversion device.Therefore,the main research subject of this paper is the three-phase voltage source PWM rectifier.Firstly,the article introduces the background and significance of the PWM rectifier's research,overviews PWM technology's development history and status,raises the three-phase voltage source PWM rectifier,and analysed the working principle of three-phase voltage source PWM rectifier,on this basis established its mathematical model on ABC static coordinate system,d-q synchronous rotating reference frame and α-β two-phase static coordinate system three different coordinate system ,in addition.Secondly,this article researches current control strategy of PWM rectifier in depth,analyse s the shortcoming and advantage between indirect-current control and direct current control, make a decision of employment of direct current control based on fixed switching frequency,and systematic designs parameter of double closed loop controller and PWM converter main circuit parameters.Bring in Voltage Space Vector ,and overview the arithmetic of it Finally,In the foundation of theory analysis ,using Power Electric toolbox offered by MATLAB to finish the simulation experiment under Simulink environment and to verify systematic exactness and feasibility by analysing the simulation results.Keywords:Three-phase Voltage Source PWM Rectifiers;Direct current control;Double loop control;Space Vector PWM;dual-loop control system;Matlab simulation目录1 绪论 (1)1.1 PWM整流器研究的背景与意义 (1)1.2 PWM整流器的产生与发展现状 (2)1.2.1 PWM整流器的产生 (2)1.2.1电流型PWM整流器 (2)1.2.3电压型PWM整流器 (3)1.2.4 PWM整流器的发展现状 (4)1.3本课题研究的主要容 (5)2 三相VSR原理分析与建模 (6)2.1 三相VSR的拓扑结构 (6)2.2 PWM基本原理分析 (6)2.3 三相VSR的数学模型 (9)2.3.1 三相VSR在三相静止坐标系的数学模型 (9)2.3.2 三相VSR d-q模型的建立 (12)3 三相VSR控制系统设计 (17)3.1 VSR的电流控制 (17)3.1.1 间接电流控制 (17)3.1.2直接电流控制 (18)3.2三相VSR双闭环控制系统的设计 (19)3.2.1 电流环控制系统设计 (20)3.2.2 电压外环控制系统设计 (23)3.2三相PWM整流器参数的设计 (23)3.2.1 交流侧电感的设计 (23)3.2.2 直流侧电容的设计 (28)4 三相VSR的空间矢量控制 (30)4.1 三相VSR空间矢量PWM 控制的基本原理 (30)4.2三相VSR空间电压矢量分布 (30)4.3 SVPWM整流器的控制算法 (32)4.3.1 扇区的确定 (33)4.3.2 矢量作用时间的确定 (33)4.3.3开关矢量的确定 (37)5 Matlab 仿真............................................. 错误!未定义书签。
三相电压型PWM整流器的研究与设计(1)
图 1-1 Fig 1-1
PWM 整流器的分类
The sorts of PWM rectifiers
虽然分类的方式多种多样,但是基本的分类方法就是将 PWM 整流器分成电压 型与电流型两大类,这是因为电压型 PWM 整流器与电流型 PWM 整流器无论是在 主电路结构、PWM 信号发生或者控制策略等方面都有各自的特点,而且两者存在 电路上的对偶性。任何 PWM 整流器就主电路拓扑而言都可以归类于这两类。
2008年3月5日上海交通大学硕士学位论文学位论文版权使用授权书上海交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留使用学位论文的规定同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版允许论文被查阅和借阅
上海交通大学 硕士学位论文 三相电压型PWM整流器的研究与设计 姓名:曹檬恺 申请学位级别:硕士 专业:电力电子与电力传动 指导教师:潘俊民 20080101
图 1-2 单相半桥 VSR 拓扑 Fig1-2 Single-phase haF bridge VSR structure
图 1-3 单相全桥 VSR 拓扑 Fig1-3 Single-phase full bridge VSR structure
3
上海交通大学硕士学位论文
第一章 绪论
图 1-4
I
上海交通大学硕士学位论文
Abstract
RESEARCH AND DESIGN ON A THREE PHASE VOLTAGE SOURCE PWM RECTCT
Although the technology of traditional uncontrollable rectifiers(Using Diodes) and phase-controlled rectifiers(Using Thyristors), which are widely and broadly applied, is highly sophisticated, they also bring harmonic current into the grid, consequently deteriorate the power factor and influence the energy quality of power grid . PWM rectifiers get rid of these problems by replacing the semi-controlled and non-controlled switches with full-controlled ones such as Mosfets and IGBTs, and substitute PWM chopping control for phase-controlled and uncontrollable rectification, so it’s easy to eliminate the influence of the rectifiers on the power grid. The key point of PWM rectifiers is to make the grid-side current controllable in both waveform and phase. At first, the development history and current research situation of PWM rectifiers are introduced and the importance of current waveform control is presented. Several different and most widely-used sorts of current control algorithms are introduced and analyzed. Meanwhile a novel PI adjusting direct current control algorithm is proposed. Sequently the system structure, working principles and control methods of three phase voltage source PWM rectifiers are analyzed and the control algorithms mentioned above are simulated in the rectifier system in Matlab/Simulink. Detailed hardware design and parameter calculation are introduced, including the main bridge circuits, the drive circuits, control circuits, and sampling circuits. Then an experiment is carried out and satisfactory experimental results are obtained. The experiment demonstrates that the new modified control method is feasible. At last, the conclusion of the research and the suggestion for future work are presented.
基于改进开关矢量表的三相电压型PWM整流器
Key words: three-phase voltage source PWM rectifier; 18 sectors; switching-vector-table; instantaneous value of
随着电网逐步智能化, 电力电子器件在电网 运行中的重要性日益突出。 PWM 整流器具有单 位功率因数、 谐波含量低和恒定电压电流控制等 优点, 对电网电能的高效率转化起到重要作用 。 PWM 整流器分为电压型和电流型 2 种, 目前电力 市场主要使用电压型 PWM 整流器。直接功率控 制 DPC 是 目 前 应 用 较 为 普 遍 的 控 制 方 式
ELECTRIC DRIVE 2017 Vol.47 No.4
电气传动 2017 年 第 47PWM 整流器
2 2 2 张古月 1, , 吉培荣 1, , 闫苏红 1, , 邹建华 3
(1.三峡大学 电气与新能源学院, 湖北 宜昌 443002; 2. 三峡大学 新能源微电网湖北省协同创新中心, 湖北 宜昌 443002; 3.宜昌电力勘探设计院有限公司, 湖北 宜昌 443002)
摘要 : 为了提高三相电压型 PWM (脉宽调制) 整流器直接功率控制方法的动态特性, 根据三相电压型 PWM 整流器的直接功率控制系统数学模型以及 18 扇区开关矢量表模型, 在动态分析直流侧电压瞬时值的基 础上, 提出了改进的新型 18 分区开关表。这种新型矢量开关表在直流侧电压不稳定或者遭受大的扰动时, 能 够根据直流侧电压瞬时值对系统进行有效控制, 达到良好的动态控制效果。通过搭建仿真模型并进行实验验 证, 结果表明基于新型开关表的直接功率控制系统具有更稳定的控制性能。 关键词: 三相电压型脉宽调制整流器; 18 分区; 开关矢量表; 直流侧电压瞬时值 中图分类号: TM461 文献标识码: A DOI: 10.19457/j.1001-2095.20170410
基于空间矢量的三相电压型PWM整流器的研究(精)
2008年第30卷第5期第lO页电气传动自动化EI。
ECTRICV01.30。
No.5DRⅣEAUToMATl0N2008.30(5):10-13文章编号:1005--7277(2008)05—0010—04基于空间矢量的三相电压型PWM整流器的研究吴圣,宋建成(太原理丁大学电气与动力工程学院,山西太原030024)摘要:建立了三相电压型PWM整流器在三相静止坐标系和两相旋转坐标系下的数学模型,研究了其前馈解耦控制策略。
在此基础上结合空间矢量调制(SVPWM)的算法,设计了三相电压型PWM整流器控制系统,并在Matlab的Simulink中进行了系统仿真。
仿真结果表明,设计方法可行,仿真模型正确。
关键词:整流器;脉宽调制;解耦控制;空间矢量中图分类号:TM46Researchon文献标识码:Athree-phasevoltage-sourcePWMrectifierbasedonspacevectorWUSheng,soNGJian-cheng(cD阮萨ofElectricalandPowerEngineering,TaiyuanUnivers妙ofTechnology,Taiyuan030024,China)Abstract:Amathematicalmodelofthethree—Dhasevoltage-sourcePWMrectifierisestablishedinthree—phasesmfionarycoordinatesystemandtwo-phaserotatingcoordinatesystemrespectively.ThefeedforwarddecouplingOncontrolstrategyisstudied.Thecontrolsystemofthethree-phasevoltage-sourcePWMrectifierisdesignedthebasisofthefeedforwarddecouplingcontrolstrategyandSVPWMmethod.Thesimulationofthethree—phasevoltagesoureePWMrectifiermodeliscarriedoutwiththe80ftw,al-eMatlab/Simulinkandthesimulationresultsshowcorrect.vectorthedesignmethodisfeasibleandthesimulationmodelisKeywords:rectifier;PWM;deeouplingcontrol;space1引言目前,在线式不间断电源(uPs)在各个领域都得到了广泛的应用。
三相PWM整流器空间矢量控制简化算法的研究
其中 sign ( x) 函数定义如下 :
1 x ≥0 sign ( x) =
0 x <0
则扇区 Ⅰ~ Ⅵ分别对应如下区域 :
R Ⅰ = S ab S bc S′ca
R Ⅱ = S′ab S bc S′ca
R Ⅲ = S′ab S bc S ca
R Ⅳ = S′ab S′bc S ca
(9)
R Ⅴ = S ab S′bc S ca
图6中上部分为交流电压波形下部分为与该相对应的交流电流波形可以看到输入电流和电压基本同相位电流波形接近正弦所以功率因数近似为1中上部分为直流电压波形可以看到直流电压基本维持恒定
第 21 卷 第 2 期 2002 年 4 月
电工电能新技术 Advanced Technology of Electrical Engineering and Energy
后三段矢量及其作用时间与前三段关于中间零矢量
(111) 对称 ,为简化计 ,表中没有列入后三段矢量 。
图 4 第 I 扇区内空间矢量作用时间图 Fig. 4 Duty cycles of space vectors in sector I
表 2 各扇区内空间矢量及其开关时间表 Tab. 2 Space vectors and duty cycles in each sector
2 空间矢量控制的简化算法
电压空间矢量控制的三相 PWM 整流器如图 1
所示 。由于输入电流 isk ( k = a , b , c) 和直流电压 Udc互相影响 ,这给控制带来了困难 ,同时也就产生
了不同的控制方法 。本文采用 PI 调节器分别对直
流电压和输入电流进行控制 :直流电压 PI 调节器输
T2 X
基于空间矢量控制的三相PWM整流器研究的开题报告
基于空间矢量控制的三相PWM整流器研究的开题报告一、研究背景和意义随着电气化水平的提高,三相PWM整流器在工业中的应用越来越广泛。
但是,传统的三相整流器存在一些问题,如功率因数低、谐波较多等,难以满足现代工业的需求。
空间矢量控制(SVPWM)作为一种先进的控制方法,可以有效地提高三相PWM整流器的性能。
因此,研究基于SVPWM的三相PWM整流器具有非常重要的现实意义。
二、研究内容1. 研究SVPWM的基本原理和特点;2. 研究三相PWM整流器的工作原理和主要问题;3. 基于SVPWM控制算法,设计三相PWM整流器;4. 分析设计结果,评估控制算法的性能和可靠性。
三、研究方法1. 文献综述,深入了解空间矢量控制和三相PWM整流器在现代工业中的应用;2. 借助MATLAB/Simulink对SVPWM控制算法进行建模和仿真,分析控制算法的性能;3. 根据仿真结果,设计三相PWM整流器硬件电路,并进行实际测试;4. 对测试结果进行分析,评估控制算法的可行性和优劣。
四、预期成果1. 研究SVPWM控制算法在三相PWM整流器中的应用;2. 设计可靠、高效的三相PWM整流器;3. 提出针对三相PWM整流器性能优化的控制策略和方法;4. 发表论文1-2篇,申请专利1项。
五、研究团队本研究立项由XX高校组织,并邀请相关领域的专业人士与学者组成研究团队。
团队组成如下:1. 主持人:XXX,博士,教授,电气工程领域专家;2. 技术骨干:XXX,博士,副教授,电气工程领域专家;3. 研究生:XXX,电气工程专业硕士研究生,协助主持人完成实验及数据分析工作。
六、进度安排1. 前期调研和文献综述:3个月;2. SVPWM控制算法的仿真建模和分析:9个月;3. 三相PWM整流器硬件电路设计和实验:6个月;4. 数据分析、论文撰写和专利申请:6个月。
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电气传动自动化
2008 年 第 5 期
表 1 各扇区开关矢量分配表 正切技术复杂,即使采用高速数字处理芯片 DSP, 扇区 开关矢量 也难以用传统方法计算电压空间矢量的位置和作 Ⅰ 000 100 110 111 111 110 100 000 用时间。下面介绍一种电压空间矢量的简单算法, Ⅱ 000 010 110 111 111 110 010 000 可直接采用参考电压来判断扇区和作用时间。 Ⅲ 000 010 011 111 111 011 010 000 (1 ) 矢量的作用时间 Ⅳ 000 001 011 111 111 011 001 000 根据参考电压矢量 Uref,可直接计算空间矢量 Ⅴ 000 001 101 111 111 101 001 000 在各个扇区的作用时间。以第一扇区为例, 假设参 Ⅵ 000 100 101 111 111 101 100 000 则它由第 考电压 Uref 在图 3 第 1 扇区所示的位置, 一扇区中相邻的两个有效空间矢量 V4、 V6 和零矢 量进行合成。则有: Sa Uref Ts =V4 T1 +V6 T2 (10 ) Ts 为采样周期, Udc* 为直流侧电压矢量。 式中: Sb 根据式 (10 )和 (11 ) , 可 以算出 V( )和 V6 4 100 (110 ) 在一个控制周期内的作用时间 T1 和 T2, 在其 Sc T1 T0 T0 T1 T0 T2 T2 余各扇区内均有此类似关系。 2 4 2 2 4 2 2 零矢量的作用时间为 T0 =Ts -T1 -T2 。 Ts (2 ) 扇区的选择 图 4 第Ⅰ扇区内空间矢量作用时间图 根据参考电压矢量 Uref 及其在 α、 β 坐标系的 Ur β, 定义为: 分量 Urα、 4 系统仿真 X=Urβ 由图 2 可知, 系统在实现 id、 iq 解耦控制后, 可 Y= 1 (姨 3 Urα -Ur β ) 2 (12 ) 得到控制量 Ud、 Uq, 然后通过 SVPWM 调制算法, 即 可生成相应 6 路脉冲,从而控制三相整流桥功率 Z= 1 (- 姨 3 Urα -Ur β ) 2 管的开断,合成 Ud、 Uq 对应的电网电压空间矢量 则 A=1, 否则 A=0; 若 X>0, Us, 间接地控制网侧电流。为了实现单位功率因数 Y>0, 则 B=1, 否则 B=0; 控制, 控制算法采用电网电压定向, 即令以同步速 Z>0, 则 C=1, 否则 C=0。 若要实现 度旋转的三相电网电压空间矢量 Us =Ed。 设 N=A+2B+4C,则参考电压空间矢量所在扇 单位功率因数控制,则必须使三相网侧电流空间 区由 N 确定。 矢量 I=id, 即令 iq =0。整个控制电路由电压外环和 (3 ) 开关矢量的合成 电流内环组成,电压外环经 PI 调节后的输出作为 为保证系统在各种情况下, 每次切换都只涉及 电流环的给定 。其中电压外环保证稳定的直流输 一只开关, 电压空间矢量采用七段空间矢量合成方 出,电流内环用于提高系统的动态性能和实现限 ) 开始利结束, 中间矢量为 式即每个矢量均以 (000 流保护。 (111 ) ,非零矢量保证每次只切换一只 开关。各扇区开关矢量分配如表 1 所 示。 如图 4 所示为第 I 扇区内空间矢量 Scope 作用时间图。 + v Vabc 由以上对矢量作用时间、 矢量扇区 g Iabc VM g 和开关矢量的分析可知, 根据参考电压 Udc Vabc + A A A Subsystem C R1 labc 在不同的扇区,选用适当的开关矢量, B B a B N A A 计算出矢量作用时间, 即可合成所需要 b B B C C C c C C 的参考电压空间矢量 。 上述算法无需 Universal Bridge Voltage Source Three-Phase V-I Measurement 计算反正切,也无需查表求取角度, 明 显优于传统算法, 且便于数字实现。 图 5 三相电压型 PWM 整流器仿真模型图
吴 圣, 宋建成
(太原理工大学 电气与动力工程学院,山西 太原 030024 ) 摘要:建立了三相电压型 PWM 整流器在三相静止坐标系和两相旋转坐标系下的数学模型, 研究了其前馈解 设计了三相电压型 PWM 整流器控制系统, 并 耦控制策略。在此基础上结合空间矢量调制 (SVPWM)的算法, 在 Matlab 的 Simulink 中进行了系统仿真。仿真结果表明, 设计方法可行, 仿真模型正确。 关键词:整流器;脉宽调制;解耦控制;空间矢量 中图分类号:TM46 文献标识码:A WU Sheng, SONG Jian-cheng (College of Electrical and Power Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan 030024,China ) Abstract: A mathematical model of the three-phase voltage-source PWM rectifier is established in three-phase stationary coordinate system and two -phase rotating coordinate system respectively. The feedforward decoupling control strategy is studied. The control system of the three-phase voltage-source PWM rectifier is designed on the basis of the feedforward decoupling control strategy and SVPWM method. The simulation of the three-phase volt agesource PWM rectifier model is carried out with the software Matlab/Simulink and the simulation results show the design method is feasible and the simulation model is correct. Key words: rectifier;PWM;decoupling control;space vector
V( ) 2 010 Ⅲ V( ) 3 011 Ⅳ Ⅴ V( ) 1 001 V( ) 5 101 Urβ V( ) 0 000 V( ) 7 111 β Ⅱ V( ) 6 110 V6T2 γ T1 Ⅵ UrefTs Ⅰ
V( ) α 4 100 Urα
(6 )
图 3 空间电压矢量分布图
· 12·
° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° °
式中: a=ei2π/3, Urα、 Urβ 为电压空间矢量 Uref 在两相静 止坐标系 (α、 β ) 中的分量。 3.2 电压空间矢量计算的简化 如图 3 所示为空间电压矢量分布图。 其中, Urα、 Urβ 为 Uref 在 α、 β 轴上的坐标值, 矢量 Uref 与 α 轴上 的夹角为 γ, 且 tanγ= Urα 。按传统方法, 由 tanγ 确 Urβ 定 Uref 在空间矢量上的角度,进而通过反正切 、 正 弦函数求出矢量作用的时间 T1、 T2。 事实上, 由于反
姨 3 (E +aE +a E )
ra rb 2 rc
2
(9 )
量 Us 在两相旋转坐标系下的 d、 q 轴分量, 可令 Ud= Udc Sd, Uq =Udc Sq, 则有: L did =Ed -Rid -Ud +ωLiq dt (5 ) L diq =Eq -Riq -Uq -ωLid dt 由式 (5 ) 可知, d、 q 轴电流除受控制量 Ud、 Uq 的 影响外, 还受到交叉耦合电压 ωLiq、 -ωLid 扰动和电 网电压 Ed、 Eq 的扰动。因此单纯的 d、 q 轴电流负反 馈不能实现解耦。为此引入前馈解耦控制。采用前 馈解耦控制即可实现由 Ud、 Uq 分别独立控制两电 流。此时有: Ud =(Kip + KiI ) (id* -id ) +ωLiq +Ed S Uq =(Kip + KiI ) (iq* -iq ) -ωLid +Eq S 前馈解耦控制框图如图 2 所示。
图 1 三相 PWM 整流电路拓扑结构
! # # # # # # # # # # # " # # # # # # # # # # # $
2 三相 PWM 整流器数学模型及前馈解耦 控制策略
L dia =Ea -Ria -Sa Udc +UNO dt L dib =Eb -Rib-Sb Udc +UNO dt L dic =Ec -Ric -Sc Udc +UNO dt C dUdc =Sa ia +Sb ib +Sc ic-iL dt
2.1 三相静止坐标系下的数学模型 三相 PWM 整流电路拓扑结构如图 1 所示。由 图 1 可得三相静止坐标系 (a、 b、 c ) 下的方程为。
V1 Ea - + Eb 0 - + Ec - + L L L R R R ia a ib b ic c Udc C V3 V5
iL R
V4
V6
V2 N
° ° ° ° ° ° ° ° ° ° °
Us +Usα +aE +a E)
a b 2 c
2
(8 )
a =ei2π/3, Usα、 Usβ 为电压空间矢量 Us 在两相静 式中: 止坐标系 (α、 β ) 中的分量。 (2 ) 参考电压空间矢量 Uref =Urα +jUrβ =
2008 年 第 30 卷 第 5 期 第 10 页