三相交流配电系统的建模、分析和控制(4)
三相电压型变流器的建模及双闭环控制系统设计研究
三相电压型变流器的建模及双闭环控制系统设计探究摘要:随着电力系统的进步,对电能质量的要求也越来越高,而三相电压型变流器在电力系统中的应用越来越广泛。
本文主要对三相电压型变流器进行了建模探究,并设计了一种双闭环控制系统,以提高其性能和稳定性。
一、引言随着电力负载的增加和电力系统对质量要求的提高,电力质量问题已成为电力系统探究的重要方向。
而电力质量问题中,电压波动和谐波问题是较为常见的。
三相电压型变流器作为一种电力质量控制装置,在电力系统中有着广泛的应用。
因此,对其建模和控制算法的探究具有重要意义。
二、三相电压型变流器的建模1. 变流器的基本原理三相电压型变流器主要由整流器和逆变器两部分组成。
通过控制整流器和逆变器的开关管,可以实现直流电源到沟通电源的转换。
2. 整流器的建模整流器的主要功能是将三相沟通电源输出的电能转换为直流电能。
接受p-q理论对整流器进行建模,推导出整流器的电流方程。
3. 逆变器的建模逆变器的主要功能是将直流电能转换为沟通电能。
依据逆变器的输出电流和电压之间的干系,推导出逆变器的电流方程。
三、双闭环控制系统设计1. 控制系统的基本结构双闭环控制系统包括外环控制和内环控制两部分。
外环控制是对输出电流进行控制,内环控制是对输出电压进行控制。
2. 外环控制设计接受PID控制器对输出电流进行控制。
依据变流器的电流方程和控制目标,设计PID控制器的参数,并通过仿真验证其性能和稳定性。
3. 内环控制设计接受PI控制器对输出电压进行控制。
依据逆变器的电流方程和控制目标,设计PI控制器的参数,并通过仿真验证其性能和稳定性。
四、仿真结果及分析通过Matlab/Simulink软件进行仿真试验,对三相电压型变流器进行性能测试。
通过对比不同控制方案下的输出电流和电压波形,以及控制参数的变化,分析双闭环控制系统的性能。
五、结论本文针对三相电压型变流器进行了建模探究,并设计了一种双闭环控制系统。
通过仿真试验验证了控制系统的性能和稳定性。
同步发电机机端三相短路的建模与仿真课设
同步发电机机端三相短路的建模与仿真课设同步发电机机端三相短路是电力系统中一种常见的故障情况,对于电力系统的稳定运行和设备的安全运行具有重要影响。
因此,对同步发电机机端三相短路进行建模与仿真分析是电力工程专业学生进行课程设计的一项重要内容。
建模与仿真是电力工程领域中常用的方法,通过建立系统的数学模型并利用计算机软件进行仿真,可以模拟出系统在不同工况下的运行情况,从而帮助工程师分析系统的稳定性、安全性和经济性等方面的问题。
在进行同步发电机机端三相短路的建模与仿真时,首先需要建立电力系统的数学模型。
通常,可以采用dq轴定子参考框架下的同步发电机数学模型,将机端三相短路作为外部故障输入到系统中。
接下来,需要确定故障的类型和位置。
同步发电机机端三相短路可以分为对称短路和非对称短路,对称短路是指三相之间短路电阻相等,而非对称短路则是指三相之间短路电阻不相等。
根据实际情况,可以选择不同的故障类型和位置进行仿真分析。
然后,需要确定电力系统的参数。
包括同步发电机的电气参数、传动系统的参数以及负载的参数等。
通过测量和计算可以得到这些参数的数值。
在确定了模型和参数之后,可以利用电力系统仿真软件(如PSCAD、Simulink等)进行仿真分析。
通过改变故障类型、故障位置以及系统参数的数值,可以模拟不同的故障情况,并观察系统的响应。
最后,根据仿真结果可以对同步发电机机端三相短路进行评估和分析。
可以通过观察发电机的转速、电流、电压、功率等参数的变化情况,来评估故障对系统的影响。
同时,还可以分析电力系统的保护装置的动作情况,判断保护装置的可靠性和动作速度等。
总之,同步发电机机端三相短路的建模与仿真是电力工程学生进行课程设计的一项重要任务。
通过建立电力系统的数学模型,确定故障类型和位置,确定系统参数,利用仿真软件进行仿真分析,可以评估和分析故障对电力系统的影响,为电力工程的实际应用提供有价值的参考。
三相有源电力滤波器的建模与控制策略分析
Ab ta t: Ba e hene dsofs s e c ntols r t g nd t ki g t e ou p fa tvepo rfl sr c s d on t e y t m o r ta e y a a n h t uto c i we i— t ri o c nsd r ton。a s t h f nc i n m e ho s a o e o bu l he ma he a i a o e f e nt o i e a i wic u to t d wa d pt d t id t t m tc 1m d 1o pa a llhy i c i owe it r Thi a r a s e e s a f e or r n ou e l p c n— r le brd a tve p r fle . s p pe lo pr s nt e d f wa d a d d bl oo o t o e h l y,isd bl oo o r li l di nd t r c r n nn rl p c nt o nd i t n r lt c no og t ou e l p c nt o nc u ng a i uc o ur e ti e oo o r la ns a — t n o o t g t r l o on r .Ex rm e a e u t ho t t t y t m a c i v o a e us v la e ou e o p c t o1 pe i nt lr s ls s w ha he s s e c n a h e e go d snus i a ut v f r ,f s yn mi e po e a gh pr cson o t tc r n . i o d lo putwa e o m a td a c r s ns nd hi e i i fou pu ur e t Ke r :APF;s t h f y wo ds wic unc i n me ho to t d;f e or r omp ns t r e d f wa d c e ao
三相交流异步电动机的综合控制和保护单元的设计
三相交流异步电动机的综合控制和保护单元的设计首先,该单元需要实现电动机的启停控制。
启动电动机时,需要提供足够的起动转矩和合适的相序。
因此,控制单元需要利用电子设备来控制电动机内的电磁开关,实现起动转矩和相序的控制。
在启动过程中,还需要考虑电动机的电流和温度等参数的监测,以及相序的自动校正。
保护方面,需要实现过电流保护、过热保护、过载保护等功能,保证电动机的安全运行。
其次,该单元需要实现电动机的转速调节功能。
转速调节可以通过改变电动机的工作频率来实现。
该单元需要利用逆变器或变频器等设备,将交流电转换为可变频率的交流电,从而实现对电动机转速的调节。
在转速调节过程中,需要对转速进行闭环控制,采集电动机的转速信号,并根据设定的转速值进行控制。
同时,需要监测电动机的电流和功率等参数,以防止过载和损坏电动机。
最后,该单元需要实现电动机的故障保护功能。
电动机在运行过程中可能会出现短路、断相、过电流等故障,需要及时进行保护。
该单元需要监测电动机的电流、电压、温度等参数,并与事先设定的阈值进行比较,当一些参数超过设定阈值时,及时采取措施停止电动机运行,并给出故障报警信号。
保护功能的实现可以通过使用电流互感器、温度传感器、电压传感器等设备来获取参数信息,并利用微处理器等设备进行处理和控制。
综上所述,三相交流异步电动机的综合控制和保护单元的设计需要实现启停控制、转速调节和故障保护功能。
这些功能的实现需要利用电子设备进行控制和数据处理,同时对电动机的电流、温度、电压等重要参数进行监测和保护。
该单元的设计需要考虑电动机的工作特点和需求,并依据相关的控制和保护原理进行设计和实现。
只有通过有效的设计和实现,才能确保电动机的安全运行和可靠性。
三相交流配电系统的建模、分析和控制(3)
3 dq
abc
DSP
DAC
DAC
ADC
Rac Cac
3-20
Phase (deg)
Magnitude (dB)
Current Loop Gain
30 20 10
0 -10 -20 -300 -90 -180 -270 -360 -450
Tiqq
102
103
Frequency (Hz)
• Q channel loop-gain
b. Current control in stationary coordinates with two independent or three dependent current controllers
c. Current control in rotating coordinates with two independent current controllers
Compensator2
Compensator1
Single-InputSingle-Output
3-2
Closed-Loop Control Design
Based on small-signal models
Advantage • Classical control design methods can be used
Magnitude (dB)
0
103 Frequency (Hz)
-20 104
-40
1-8600
0
Phase (deg)
~id~irqef
-180 -360 -540
-720
102
iq/idref
w_decoupling_meas wo_decoupling_meas
第二讲 三相电力线路数学模型
2.1 三相电力线路
架空输电线路
避雷线
导线(四分裂)
500kV变电站
2009-3-3
终端杆塔 绝缘子串
分裂导线示意图
电力系统元件数学模型--线路
2
二分裂
2009-3-3 电力系统元件数学模型--线路 3
二分裂
2009-3-3
电力系统元件数学模型--线路
4
电路和电路参数
Ψa =
⎞ ⎛ D2 p ⎟ = 0, lim ⎜ ln ⎟ p→ ∞ ⎜ ⎠ ⎝ D3 p
µ0 2π
⎞ ⎟=0 ⎟ ⎠
⎡ ⎛ 1 1⎞ 1 1 ⎤ ia ⎜ ln + ⎟ + ib ln + ic ln ⎢ ⎥ D12 D13 ⎦ ⎝ r 4⎠ ⎣
同理
Ψb =
µ0 2π
⎡ ⎛ 1 1⎞ 1 1 ⎤ ib ⎜ ln + ⎟ + ia ln + ic ln ⎢ ⎥ r 4⎠ D12 D23 ⎦ ⎣ ⎝
µ Ψ ap = 0 2π
= ⎡ ⎛ D1 p 1 ⎞ D2 p D3 p ⎤ + ⎟ + ib ln + ic ln ⎢ ia ⎜ ln ⎥ r D12 D13 ⎦ 4⎠ ⎣ ⎝
D2 p
D3 p
b
D23
D13
ib
ic
c
µ0 2π
⎡ ⎛ 1 1⎞ ⎤ 1 1 ia ⎜ ln + ⎟ + ib ln + ic ln + ia ln D1 p + ib ln D2 p + ic ln D3 p ⎥ ⎢ D12 D13 ⎣ ⎝ r 4⎠ ⎦
三相交流电电路分析PPT课件
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U AN U p0V
Z Z
UBN U p 120
UCN U p120 IN IAN IBN ICN 0
IA
IAN
U AN Z
U P0
Z
Up Z
IB
IBN
Up Z
120
IC
ICN
Up Z
120
第18页/共44页
结论:三相电源对称, 负载对称且Y形连接, 则三个线电流也是对称 的。中线电流为0
B
•
•
Z
C
C
星形接法
三角形接法
第13页/共44页
4.2.1 三相对称负载星i形A 接法及计算
uA AN N
i Z AN
uCN C
uBN B
iZ
C
i Z
BN
iB iCN
相电流(负载上的电流):
IAN 、IBN、ICN
线电流(火线上的电流):
IA 、IB 、IC
第14页/共44页
一、星形接法特点
iA
N
eB
uBN B uCN C
U AN U P0 U BN U P 120 U CN U P120
U CN
120
120
120
U BN
U AN
UP代表电源相电压的有效值
三个相电压是对称的
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线电压:火线间的电压。
A
u AB uBC uCA
u AN uAB
uCN
N
uBN
B C
uBC uCA
C
第6页/共44页
e eC A
ZX
ec Y
eB
A (火线)
三相交流电路模拟分析与应用 - Multisim 10 软件说明书
Simulation Analysis and Application of Three-Phase Alternating Circuits byMultisim 10 SoftwareFang LeiSchool of Electrical Engineering and InformationChangchun Institute of Technology Changchun, China , 130012 Zheng Wen , Zhang JianhongSchool of Electrical Engineering and InformationChangchun Institute of Technology Changchun, China , 130012Abstract —The paper introduces simulation analysis and application of three-phase alternating current circuit by Multisim 10 software. As a well-known software in circuit simulation analysis, Multisim shows many advantages, such as friendly user interface, powerful functions and easily to operate. The paper takes several examples using Multisim software on application of three phase alternating circuit, and its visualization provides very good practical effects.Keywords- Simulation analysis; Three-Phase alternating circuits; Multisim10 softwareI. I NTRODUCTIONMultisim 10 offers many visual components to utilize simulation to produce the data for the analysis we want to perform. These analyses can range from quite basic to extremely sophisticated, and can often require one analysis to be performed (automatically) as part of another. II.S IMULATION A NALYSES OF T HREE -P HASE C IRCUITSF EATUREA. Creation of three-phase A.C. sourcesThree-phase circuits must involve three-phase A.C. sources. We can only consider a balanced three-phase source, which consists of three sinusoidal voltages that have identical amplitudes and frequencies but are out of phase with each other by exactly 120. [1]We can use three single-phase A.C. sources to combine a balanced three-phase source by Multisim 10 software as shown in Fig.1. This is also replaced by three-phase voltage source as shown inFig.2.Figure 1.Combined three-phase A.C. sourceFigure 2. Three-phase A.C. sourceB. Determination of phase sequenceIn some cases it is necessary to identify phase sequence for three-phase A.C. source. Only two possible phase relationships can exist between the a-phase and b-phase and c-voltages. One possible phase sequence is for the b-phase voltage to lag the a-phase voltage by 120, in which case c-phase voltage must lead the a-phase voltage by 120. This phase relationship is known as the abc or positive phase sequence. Adversely, b-phase voltage leads the a-phase voltage by 120, in which case the c-phase voltage must lagthe a-phase voltage by 120.This phase relationship is known as the acb or negative phase sequence.[2] To determine an unknown phase sequence of three- phase source, a capacitor with set value is connected to the a-phase with two sets of bulbs connected to b-phase and c-phase. Compared with their luminance of the two sets of bulbs, we judge which phase is b- or c-phase.Using Simulink 10 software, create a model to simulate the circuit as shown in Fig.3.Figure 3. Determination of phase sequence for three-phase sourceThe simulate result shows the phase with more brilliant light is b-phase and the rest phase is c-phase.C. Analysis of three-phase A. C. circuit features on load There are two ways of interconnecting three-phase load which is either a wye(Y) or a delta (Δ). Fig.4 shows simulation circuit of three-phase balanced loads with each phase two lamps series connection in a wye configuration with neutral conductor. The simulation circuit of three-phase balanced or unbalanced loads (Δconnected) with two or more lamps series connection is shown in Figure5.Figure 4. Simulation circuit of three-phase balanced loads in a wyeconfiguration with neutral conductorFigure 5. Simulation circuit of three-phase balanced loads in a deltaconfiguration with neutral conductorThe simulation results of three-phase balanced or unbalanced loads (Y-connected) with two or more lamps series connection in the case of connection and disconnection of neutral conductor show as follows below in Table.1(see page 3). According to these simulation data, we derive that in these cases each line-to-line voltage is balanced with neutral conductor or without neutral conductor , line-to-neutral voltage and current are balanced with neutral conductor, the magnitude of the line-to-line voltage is √3 times the magnitude of the line-to-neutral voltage and neutral node without neutral conductor is offset in the case of unbalanced loads.The simulation results of three-phase balanced or unbalanced loads (Δ-connected) with three or more lamps series connection is shown in Table.2. (see page 3). From simulation result, we derive that line voltage, line current and phase current are balanced when loads are balanced, and the magnitude of line current is √3 times the magnitude of the phase current, and line current and phase current are unbalanced in the case of unbalanced loads.Thus, there are many three-phase AC circuits models built by multisim 10 in order to perform the result same as the real experiment.D. Measurement of three-phase powerWe measure total three-phase power by three power meters means which is shown in Fig6. After assuming motor parameter R1,R2 and R3 as 200, the sum of three power meter shown is 726.111, which is 3 times the show data of single power meter. Two- meters method can be used in some cases. We select three-phase motor as load shown in Fig.7. When the simulation switch button closes, the analysis is run and we read the data from power meter. The sum of data two meter shown is 726.09W, which is the total power consumed by three-phase motor and power factor of three-phase motor is 0.867 [3].Above two methods both adapt for measuring the total power of three-phase circuits. The three-phase motor can be replaced by other loads.Figure 6. Three-meters method for measurement of three-phase powerFigure 7. Two-meters method for measurement of three-phase powerIII.S UMMARIESMultisim 10 simulation software on computer can provide the all kinds of design models to achieve test data and test images for principle experiments and expanded experiments. In addition to get the correct results,it can also be used for development and study of the experiment. The simulation results can determine whether the circuit design to achieve the desired goal to improve the students the analysis and solving problem skills. Meanwhile, Multisim 10 simulation software using computer as an experiment platform for different types of experiments, the laboratory can decrease the costs for construction and consumed raw materials and increase the operating efficiency because the components and apparatus used in the experiments are not limited..TABLE I. S IMULATION DATA FOR THREE-PHASE LOADS(Y- CONNECTED)With neutral conduct-or Lamps connectionmodeU AB(V)U BC(V)U CA(V)U A(V)U B(V)U C(V)I A(A)I B(A)I C(A)I N(A)U NN′(V) Each phase with twolamps seriesconnection381 381 381 220 220 220 0.764 0.764 0.764 0 \Phases with two-three-two seriesconnection381 381 381 220 220 220 0.764 0.509 0.764 0.255 \A-phase is brokenunder abovecondition381 381 381 220 220 220 0 0.509 0.764 0.674 \With no neutral conduct-or Each phase with twolamps seriesconnection381 381 381 220 220 220 0.764 0.764 0.764 \ 0Phases with two-three-four seriesconnection381 381 381 178.3 232.6 255.5 0.619 0.538 0.444 \ 0.019A-phase is brokenunder abovecondition381 381 381 331.1 163.3 217.7 0 0.378 0.378 \ 113.3A-phase is short(same as abovecondition)381 381 381 0 381 381 1.341 0.882 0.662 \ 220TABLE II. S IMULATION DATA FOR THREE-PHASE LOADS(Δ-CONNECTED)Lamps connection mode U AB(V)U BC(V)U CA(V)I A(V)I B(V)I C(V)I AB(A)I BC(A)I CA(A)Each phasewith threelamps seriesconnection380.998 380.998 380.995 1.528 1.528 1.528 0.882 0.882 0.882Phases withthree-four-three seriesconnection381.031 380.989 380.992 1.528 1.341 1.341 0.882 0.661 0.882Phases withfour-three-four seriesconnection381.031 381.020 381.024 1.146 1.341 1.341 0.662 0.882 0.662R EFERENCES[1]James W. Nilsson; Susan A. Riedel. Introductory Circuits forElectrical and Computer Engineering, Publishing of Electronics Industry [M], 2002, PP:310-312[2]NI Dian; HUANG Pei-gong. Application of Multisim 10 in theDesign of Electronic Circuit ,Publishing of Electronics Industry[M], 2007. PP259-261. [3]National Instruments Corporation. Multisim 10 User Guide [M]2007.01, PP461-463。
三相逆变器的建模及其控制
三相逆变器的建模及其控制屈百达;潘文英【摘要】功率开关的动作使三相逆变器成为一种典型的切换系统,常规的控制方法基本是从线性系统出发设计的,但是这些方法不能有效地反应逆变器的内在特性.因此在考虑逆变器的混杂特性的基础上,直接从切换理论出发,构建三相逆变器的数学模型,并给出了一种切换控制方法.该算法不需要复杂的坐标变换和解耦运算,就可以实现交流信号的有效跟踪,使得三相逆变具有了更高质量的正弦输出电流,仿真实验验证了该算法的有效性.【期刊名称】《电源技术》【年(卷),期】2014(038)002【总页数】4页(P345-348)【关键词】三相逆变器;切换系统;数学模型【作者】屈百达;潘文英【作者单位】江南大学轻工过程先进控制教育部重点实验室,江苏无锡214122;江南大学轻工过程先进控制教育部重点实验室,江苏无锡214122【正文语种】中文【中图分类】TM464三相电压型逆变器应用于多种场合,例如静止无功补偿器、不间断电源、配电网的发电系统、电机的控制等。
在能源紧缺的当今世界,逆变器及其控制技术的研究具有重要的意义,并且越来越受到关注。
功率开关器件的存在,使得电力电子电路在工作时同时包含连续和离散两种状态。
对于三相逆变器,由于开关模态的多元化,使得其在建模过程更加复杂,逆变器的实际工作过程可以描述为在特定切换规则的控制下不同的连续子系统之间的切换。
近年来,切换系统的提出为电力电子电路分析和设计提供了新的视角。
从系统理论的角度讨论,大多数电力电子电路是属于切换系统,系统在切换开关的控制下在几个子系统中切换,每个子系统都有动态行为。
由于切换系统的非连续性,其结构模型具有分段特性,传统的控制理论无法对非线性系统直接设计控制。
目前,大部分逆变器基本采用的是电压型逆变器拓扑结构,控制方式多为线性控制,例如滞环电流控制、直接功率控制[1]、空间矢量调制(SVPWM)控制[2]等。
而这些基于理想等效设计的控制策略无法准确得到逆变器的运动规律,因而需要对其控制性能进行分析[3]。
电力电子系统建模与控制三相整流器动态建模ppt课件
因此,三相静止坐标可以变换到两相旋 转直角坐标
xdq0=[ xd xq x0]T=Tαβγ/dq0 Tabc/αβγ
xabc
同样,两相旋转直角坐标也可以变换到
三相静止坐标
xabc=[ xa xb xc]T=T αβγ/abcTdq0/αβγ xdq0
7.3 状态平均模型
1 三相静止坐标下的状态平均模型
dia
dt dib
dt dic
dt
L L L
dib
dt dic
dt dia
dt
va vb vc
vb
vc
va
ia ib va vb
L
d dt
ib
ic
vb
vc
ic ia vc va
=[sa sb sc]
=[sa sbisabc]- ica ibc - iab ica - ibc
iab =[sab sbc sca]ibc
ica
对应图5-14,可写出三相PWM整流器交
流侧状态方程
vAB
vBC
vCA
L L L
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
配电网三维建模分析及应用
配电网三维建模分析及应用摘要:随着计算机,数据采集等技术的不断进步,三维建模技术在电网中的应用日益广泛。
三维建模能够直观,可视化的展现电力线路周围的环境。
本文结合相关工程经验,力图从配电网络三维建模技术方法入手,提出一整套满足行业应用需求的建模约束条件和构建方法。
同时也对三维建模在电网中的应用进行了深入的探讨,研究。
通过此次研究,将有助于今后配电网领域三维建模的应用,同时提供理论及实践依据,服务基于三维地理空间的配电网信息化建设与管理。
关键词:10kV配电线路;三维建模;信息1 引言目前在电力系统中对于配电线路等信息的展示功能应用的主要是基于二维的系统,一般用点状或线状等抽象符号表达电力设备,无法直观地显示设备本身的结构和相互间的关联,不能为巡视、操作及检修人员提供一个真实的功能环境信息,其空间表现和分析能力都有很大的局限性。
随着计算机技术及三维建模技术等的飞速发展,三维在电网领域的应用已经越来越广泛。
三维展示具有真实、直观等优越性,又继承了传统二维系统的分析、处理和数据组织功能。
相比较于二维,三维最大的优点是增加了z轴上的表现能力,使空间物体在程序中能够最大程度地真实显现,使操作更加方便,并且能够直观表现地物之间的空间垂向关系,因此在空间分析能力上也较原来的二维系统更胜一筹。
所以,结合配电网运行的实际特点,将电力网络进行三维展示,有着良好的前景和经济社会效益。
2 三维建模方法研究2.1 三维建模的注意事项(1)正式作业前,应了解委托方对三维建模的基本要求,搜集、分析、利用现有资料,对现实性不强或与实际不符的资料及时提出。
(2)模型制作的质量应符合标注。
通过对模型的数学基础、模型面、模型精度、层级结构、技术要求等质量特性来评定。
模型应去除冗余的点、线、面和虚拟物体,物体模型内部接边处不存在缝隙,在系统平台中不存在闪烁的面等。
(3)文件检查、优化。
整体文件制作完成交验收之前,虽然前期对制作做出了明确的要求,但仍需对项目文件进行检查和优化。
电力电子建模分析及控制器设计的一般过程
电力电子建模分析及控制器设计的一般过程
电力电子建模分析及控制器设计的一般过程包括以下几个步骤:
1. 系统建模:首先需要对电力电子系统进行建模,根据其特性以及控制要求选择适当的建模方式,例如,根据等效电路模型可以得到系统的状态方程,根据矢量控制原理可以设计SVPWM 控制器。
2. 系统分析:利用系统建模得到的状态方程和控制器,进行系统分析,得到一些关键性能指标,如系统的稳定性、动态响应特性、电流、电压、功率等等。
3. 控制器设计:根据系统分析的结果,进行控制器的设计。
控制器设计中需要考虑各种约束因素,如硬件实现的限制、成本、可靠性等等。
一般控制器又可以分为模拟控制和数字控制两种,模拟控制主要包括比例积分控制、模糊控制、滑模控制等等,数字控制主要包括基于DSP、FPGA、ARM等处理器架构的数字控制器。
4. 仿真验证:在设计完控制器之后,需要进行仿真验证,进一步验证控制器的性能,优化参数,并进行测试改进工作。
5. 硬件实现:将控制器进行硬件实现,对原理图进行电路设计,制作PCB板、采购必要的器件、调试、测试,直至系统实现。
6. 系统测试:对系统进行全面测试,验证其性能是否符合设计要求,并对性能进行总结,实现完善。
以上是电力电子建模分析及控制器设计的一般过程,实际过程中可以根据具体应用需求进行适当调整。
三相桥式电压型逆变器电路的建模与仿真实验
三相桥式电压型逆变器电路的建模与仿真实验摘要:本文在对三相桥式电压型逆变电路做出理论分析的基础上,建立了基于MATLAB的三相桥式电压型逆变电路的仿真模型并对其进行分析与研究,用MATLAB 软件自带的工具箱进行仿真,给出了仿真结果,验证了所建模型的正确性。
关键词:逆变;MATLAB;仿真第一章概述1.1电力电子技术顾名思义,可以粗略地理解,所谓电力电子技术就是应用于电力领域的电子技术。
电子技术包括信息电子技术和电力电子技术两大分支。
通常所说的模拟电子技术和数字电子技术都属于信息电子技术。
电力电子技术中所变换的"电能"和"电力系统"所指的"电力"是有一定差别的。
两者都指"电能",但后者更具体,特指电力网的"电力",前者则更一般些。
具体地说,电力电子技术就是对电能进行变换和控制的电子技术。
更具体一点,电力电子技术是通过对电子运动的控制对电能进行变换和控制的电子技术。
其中,用来实现对电子的运动进行控制的器件叫电力电子器件。
目前所用的电力电子器件均由半导体材料制成,故也称电力半导体器件。
电力电子技术所变换的"电力",功率可以大到数百兆瓦甚至吉瓦,也可以小到数瓦甚至是毫瓦级。
信息电子技术主要用于信息处理,而电力电子技术则主要用于电力变换,这是二者本质上的不同。
1.2电力电子技术的应用(1)一般工业中,采用电力电子装置对各种交直流电动机进行调速,一些对调速性能要求不高的大型鼓风机近年来也采用变频装置以达到节能的目的,除此之外,有些对调速没有特别要求的电机为了避免启动时的电流冲击而采用软启动装置,这种软启动装置也是电力电子装置。
电化学工业大量使用直流电源,电解铝、电解食盐水以及电镀装置均需要大容量整流电源。
电力电子产品还大量应用于冶金工业中的高频或中频感应加热电源、淬火电源及直流电弧炉电源等场合。
基于PSPICE的三相交流电路仿真分析_图文(精)
文章编号 :1008-1402(2007 02-0149-03基于 PSPICE 的三相交流电路仿真分析①姚齐国1,2, 朱玲2(1. 华中科技大学水电与数字化工程学院 , 湖北武汉 430074;2. 武汉工程大学电气信息学院 , 湖北武汉 430073摘要 : PSPICE 是一个通用的电路设计和分析软件 . 在建立硬件电路之前 , 借助 PSPICE 进行模拟分析 , 根据实际要求设置不同的参数 , 来分析电路是否合理、是否需要变更、估计元器件的变化对电路造成的影响、分析一些较难测量的电路特性等等 , 从而得到一个合理的最优化电路 , 这样可以节省大量的时间和资金 , 使产品开发时间短、更新快 . 三相电路是日常工业用电和民用电的普遍供电方式 , 本文以三相电路为例 , 介绍 PSPICE 仿真分析的应用过程 , 具有一定的实用价值 , 对学习和掌握 PSPICE 有帮助作用 .关键词 : PSPICE ; 三相电路 ; 仿真中图分类号 : TP391. 9文献标识码 : A1 PSPICE 简介随着计算机技术的发展 , . 、集成效率 , 提高设计成功率 . 而大规模集成电路的发展 , 使得原始的设计方法无论是从效率上还是从设计精度上已经无法适应当前电子工业的要求 , 采用计算机辅助设计来完成电路的设计已经势在必行 . 同时 , 计算机以及相关应用软件的迅速发展使得计算机辅助设计技术逐渐成为提高电子线路设计速度和质量的不可缺少的重要工具 [1].SPICE 是美国加利福尼亚大学伯克利分校在 1972年开发的通用电路分析程序 . 该程序自从问世以来 , 在电工、电子领域得到了广泛的应用 . 它可以仿真和计算电路的性能 , 被国内外技术人员、专家、学者公认为是通用电路计算机仿真程序中最优秀的软件 . 在大学里 , 它是工科类学生必会的分析与设计电路的工具 ; 在科研开发部门 , 它是产品从设计、试验到定型过程中不可缺少的工具 . 其版本也在不断更新 , 功能不断完善 [1,2].PSPICE 是 SPICE 家族中的一员 , 是 Microsim 公司于 1984年推出的基于SPICE 的电路设计、分析、优化软件 , 它不仅具有 SPICE 的所有功能 , 而且在、、仿. 它不仅可以分析模拟电路 , 而且可以分析数字电路和数模混合电路 , 源文件既可以以文本形式输入 , 又可以以电路图输入 . 目前最新版本为 PSPICE9. 2, 它包括以下 8个子程序 :文件管理器 Design Manager ; 电路图输入程序 Schematics ; 电路仿真程序Pspice A ΠD ; 输出绘图程序 Probe ; 激励源编辑器 Stimulus Editor ; 模型参数提取程序 Parts ; 电路优化工具 Optimizer ; 文本编辑器 T ext Editor. 其主要仿真分析功能有 :直流分析 ; 交流小信号分析 ; 瞬态分析 ; 灵敏度分析 ; 参数分析 ;容差分析和温度分析等 [3]. 本文仅以对称三相交流电路为例介绍 PSPICE 软件的使用过程 .2三相交流电路的 PSPICE 仿真2. 1绘制电路图进入 PSPICE 子程序 Schematics , 创立一个新的文件 , 保存为 sanxiang. sch 文件 , 从Draw ΠG et NewPart 中依次在 analog. slb 元件库里取出电阻和电感元件 , 从 s ource. slb 中取出电源元件 , 从 port. slb 中取出地节点 , 完成各元件的属性设置 , 其中电源的最大值VAMP L =311V , FRE Q =50H z ,VOFF =0. 1, DF =0, T D =1ms , 然后在 MarkersΠmark v oltage Πlevel①收稿日期 :2006-12-12作者简介 :姚齐国 (1966- , 男 , 湖北公安县人 , 副教授 , 硕士 . 主要研究方向 :系统建模与仿真 , 优化运算与运行 , 电路理论分析与应用 , 微机控制技术 .第 25卷第 2期佳木斯大学学报 (自然科学版 V ol. 25N o. 22007年 03月 Journal of Jiamusi University (Natural Science EditionMar. 2007中取出电压探针 , 连线 , 组成图 1所示的电路 [3].图 1实例电路图2. 2仿真参数设置对图 1所示的电路 , 作瞬态分析 . 在Analysis Πsetup 下 , 点中 transient , 并设置开始时间为 1ms , 结束时间为 30ms , 然后点击Analysis Π, 即开始运行仿真 , , 2., T race ΠAdd , 然后选 . 如 A 相电源的电压波形和中线的电流波形分别如图 3和图 4所示 .图 2缺省设置时的输出波形图2. 3仿真分析仿真结束后 , 系统自动生成 6个相关文件 , 其中 output 文件的部分内容如下 :……………………………………………3Schematics Netlist 3V V1 $N 0001 0 DC 0 AC 311+SI N 0. 1 311 501ms 0 0VV2 $N0002 0 DC 0 AC 311+SI N 0. 1 311 50 1ms 0 -120V V3$N 0003 0 DC 0 AC 311+SI N 0. 1 311 50 1ms 0 120R R1$N 0001$N 0004 20R R2$N 0004$N 0005 50R R3$N 0002 $N 0006 20R R4$N 0006$N 0007 50R R5$N 0003$N 0008 20R R6 $N 0008$N 0009 50R R7 0$N0010 30L L1$N 0005$N 0010 1H IC =0L L2$N 0007$N 00101H IC =0LL3$N0009$N0010 1H IC =0……………………………………………VO LT AGE S OURCE C URRE NTS NAME C URRE NT V V11. 000E -10V V2- -DISSIPATI ON 1. 45E -04W ATTS JOB C ONC LUDE D T OT A L JOB TI ME . 48图 3 A 相电源的电压波形图图 4中线的电流波形图51佳木斯大学学报 (自然科学版2007年从输出文件中可以知道 , PSPICE 自动对元件和节点编号 , 运行结束后 , 显示电路的有功功率为 1. 45x10-4W , 仿真用时为 0. 48秒 . 观察图 2, 可以验证在对称三相电路中 , 负载中性点和电源中点是等电位点 ; 图 3表明 , 在无阻尼 (DF =0 时 , 三相电源的电压是严格无衰减的正弦线 ; 由图 4知 , 对称三相电路的中线电流为零 . 这些仿真结果均与实际情况相符[4].3结束语对电路设计而言 , 在建立硬件电路之前 , 借助 PSPICE 来进行模拟分析 , 就如同对所设计的电路进行搭试 , 然后用各种仪器来进行调整和测试一样 , 根据实际要求来设置不同的参数 , 分析电路是否合理 , 是否需要变更 , 估计元器件的变化对电路造成的影响 , 分析一些较难测量的电路特性等等 , 从而得到一个合理的最优化电路 , 这样可以节省大量的时间和资金 , 入 , 而且可以使产品开发时间短、 , 信号与系统进行辅助分析与设计 , 以及电子工程、信息工程和自动控制等领域具有重要的意义 . 三相电路是日常工业用电和民用电的普遍供电方式 , 对三相电路的仿真分析具有重要的实用价值 , 尤其是借助 PSPICE 对不对称三相电路在一相故障情况下的应用研究以及对称三相电路功率因数的提高是后续展开的课题 .在用 PSPICE 仿真分析中 , 绘制电路图时 , 应先取元件 , 后连线 , 而且图形文件的名字只能使用字母 , 否则 , 编译不能通过 . 仿真时 , 参数设置一定要恰当 , 不然 , 难以得到令人满意的波形 . 参考文献 :[1]吴建强 . Pspice 仿真实践 [M].哈尔滨 :哈尔滨工业大学出版社 ,2001,4.[2]李永平 , 董欣 . Pspice [M].北京 :国防工业]. [M].北京 :国防工业出. 电路 (第四版 [M].北京 :高等教育出版社 ,2000,1.Three ’ s Simulation and Analysis B ased on PSPICEY AO Qi -guo1,2, ZHU Ling2(1. I nstitute of hydroelectric and digital engineering , H u azhong U niversity of Science and T echnology , Wuh an 430074, China ; 2. Dep artment of E lectricity and Communication , Wuh an I nstitute of T echnology , Wuh an 430073, ChinaAbstract : PSPICE is a kind of general circuit design and analysis s oftware. Before setting up hardware circuit , with the help of PSPICE , we may analog analyze the circuit , and set up different parameters according to practical require , analyze whether it is reas onable and needs to be m odified , and estimate the effect that cause of the com po 2nent ’ s change, as well as analyze s ome circuit ’ s specific property which is difficult to measure , and s o on. S o we will get a reas onable and optimal circuit. Therefore , we may save a lot of time and fund , as well as short the time of prod 2uct ’ s development and renew. Three phase circuit is a general supply power method of industry and daily life con 2sume. This article has s ome functional value by setting it as an exam ple to introduce the PSPICE ’ s applying process , and it will be helpful to learn and g rasp PSPICE.K ey Words : PSPICE ; three phase AC circuit ; simulation151第 2期姚齐国 , 等 :基于 PSPICE 的三相交流电路仿真分析。
电气工程中控制系统的建模与优化
电气工程中控制系统的建模与优化引言:电气工程是一个重要的学科领域,涵盖了许多领域,其中控制系统是其中一个关键领域。
控制系统的功能是通过对物理过程或设备进行监控和调节,以实现所需的性能要求。
在电气工程中,控制系统的建模和优化是一个重要的方向,它可以帮助工程师设计和改进各种设备和过程,提高效率和性能。
一、控制系统建模1.1 控制系统的基本概念控制系统由输入、输出和反馈组成。
输入是控制系统接收的外部信号,输出是系统通过操作设备产生的响应信号。
反馈是通过比较输出和期望的参考信号来调节输入信号,以使系统达到所设定的目标。
1.2 控制系统建模方法在控制系统建模中,有多种方法可供选择。
其中一种常用的方法是基于传递函数的模型。
传递函数是一个描述系统动态响应的数学表达式,它用于将输入信号转换为输出信号。
另一种方法是基于状态空间模型,该模型通过描述系统的状态和状态转移来表示系统的动态行为。
二、控制系统优化2.1 控制系统性能评价在控制系统优化中,需要评估系统的性能。
常用的性能指标包括稳定性、误差和响应时间。
稳定性是指系统是否在有限时间内达到平衡状态;误差是指系统输出与期望输出之间的差异;响应时间是指系统对输入信号的快速响应能力。
2.2 控制系统优化方法控制系统优化的目标是设计一个使系统性能达到最佳的控制策略。
常用的优化方法包括PID控制器设计、模糊控制和神经网络控制。
PID控制器是一种常见的闭环控制方法,它通过不断调节比例、积分和微分部分的参数来降低误差。
模糊控制利用模糊逻辑来处理不确定性和模糊性,并根据经验规则来调节系统。
神经网络控制利用人工神经网络来学习和优化控制策略,以提高系统性能。
三、控制系统的应用3.1 电力系统控制在电力系统中,控制系统的建模和优化对于实现安全、稳定和高效的电力传输至关重要。
控制系统可以监测电力系统的状态,调节电网负荷和功率分配,提高电力传输效率。
3.2 工业自动化控制在工业自动化控制中,控制系统的建模和优化可以帮助优化工业生产过程,减少能源消耗和生产成本,并提高产品质量和生产效率。
三相可控交流电源的设计及仿真研究
三相可控交流电源的设计及仿真研究一、引言三相可控交流电源是一种能够实现对交流电的电压和频率进行调节的设备,广泛应用于电力系统、工业控制等领域。
本文将采用开关器件进行控制,设计并仿真一个三相可控交流电源的系统,实现对输出电压的调节,以满足不同电气设备的需求。
本文将首先介绍三相可控交流电源的原理和设计要点,然后进行电路设计和参数选择,最后利用仿真软件进行系统性能验证。
二、三相可控交流电源的原理和设计要点1.电源拓扑结构选择:常用的三相可控交流电源拓扑包括全波控制和半波控制两种,前者能够实现输出电压的全波控制,后者只能实现半波控制。
2.开关器件选择:可控硅是常用的开关器件,具有可控性强、寿命长等优点,但也有晶闸管可导通电流不稳定、损耗大等缺点,需要合理选择。
3.控制系统设计:控制系统需要根据实际需要设计,包括触发控制、保护功能等,保证系统稳定可靠。
4.输出滤波设计:由于开关器件导致输出波形不纯净,需要设计合适的滤波电路来减小谐波等干扰。
三、电路设计和参数选择在设计三相可控交流电源时,需要根据设计要点选择合适的电路拓扑结构和参数,以满足设计需求。
下面以全波控制为例,介绍电路设计和参数选择:1.拓扑结构选择:选择全波控制拓扑结构,能够实现输出电压的全波控制,满足电器设备的需求。
2.开关器件选择:选择可控硅作为开关器件,具有可控性强、寿命长等优点,适合用于三相可控交流电源。
3.控制系统设计:设计合理的控制系统,包括触发控制、过流保护等功能,保证系统安全可靠。
4.输出滤波设计:设计合适的LC滤波电路,减小输出波形的谐波成分,保证输出电压的稳定性。
四、系统性能验证仿真利用仿真软件进行系统性能验证,可以提前检验设计的合理性和可行性。
在仿真过程中需要考虑输入电压、输出电压、输出波形等参数,并进行合理调整和优化。
最终实现设计目标,满足需求。
五、结论本文设计并仿真了一个三相可控交流电源系统,实现了对输出电压的调节,满足了不同电器设备的需求。
三相桥式全控整流电路仿真建模分析报告
新能源与动力工程学院论文电能质量分析与控制专业电力工程与管理班级1101班渊琴学号201110822指导教师董海燕2014年10 月目录摘要1概述11 三相桥式全控整流电路(纯电阻负载)21.1电路的结构与工作原理21.2建模21.3仿真结果与分析31.4 FFT分析51.5小结92三相桥式全控整流电路(阻感性负载)102.1电路的结构与工作原理102.2建模112.3仿真结果与分析112.4 FFT分析132.5小结17参考文献18三相桥式全控整流电路仿真建模分析摘要整流电路就是把交流电能转换成直流电能的电路。
大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器组成。
它在直流电机的调速、发电机的激励调节电解、电镀等领域得到广泛应用。
整流电路主要有主电路、滤波器、变压器组成。
20世纪70年代以后,主电路多用硅整流二极管和晶闸管组成。
滤波器接在主电路和负载之间,用于滤除波动直流电压中的交流部分。
整流电路的种类有很多,半波整流电路、单项桥式半控整流电路、单项桥式全控整流电路、三项桥式半控整流电路、三项桥式全控整流电路。
关键词:整流、变压、触发、电感概述在电力系统中,电压和电流应是完好的正弦波.但是在实际的电力系统中,由于非线性负载的影响,实际的电网电压和电流波形总是存在不同程度的畸变,给电力输配电系统与附近的其它电气设备带来许多问题,因而就有必要采取措施限制其对电网和其它设备的影响。
随着电力电子技术的迅速发展,各种电力电子装置在电力系统、工业、交通、家庭等众多领域中的应用日益广泛,大量的非线性负载被引入电网,导致了日趋严重的谐波污染.电网谐波污染的根本原因在于电力电子装置的开关工作方式,引起网侧电流、电压波形的严重畸变.目前,随着功率半导体器件研制与生产水平的不断提高,各种新型电力电子变流装置不断涌现,特别是用于交流电机凋速传动的变频器性能的逐步完善,为工业领域节能和改善生产工艺提供了十分广阔的应用前景.相关资料表明,电力电子装置生产量在未来的十年中将以每年不低于10%的速度递增,同时,由这类装置所产生的高谐谐波约占总谐波源的70%以上。
三相电压型PWM整流器建模及控制
三相电压型PWM 整流器建模及控制摘要:本文通过基尔霍夫定律完成了对三相电压型PWM 整流器在三相静止对称坐标系下的数学建模。
并通过MATLAB/SIMULINK 仿真工具对其数学模型进行了仿真验证,可以看出,仿真验证的结果证明了模型的准确性和可靠性。
而后又介绍了一种直接电流控制方法即传统的双闭环PID 控制,并进行了仿真分析。
1 基于基尔霍夫定律对三相VSR 系统建模三相电压型PWM 整流器的电路拓扑结构如图1-1所示。
图中a u 、b u 、c u 为三相交流电源,L 和C 分别为滤波电感和滤波电容,R 是滤波电感的等效电阻,s R 是开关管的等效电阻。
记网侧三相交流电流分别为a i 、b i 、c i ,整流电流为dc i ,流过负载电阻的电流为L i ,负载两端电压为dc v 。
i Le i L图1-1 三相电压型PWM 整流器电路图针对三相VSR 一般数学模型的建立,通常作以下假设: (1) 电网电动势为三相平衡的正弦波电动势(a u ,b u ,c u )。
(2) 网侧滤波电感L 是线性的,且不考虑饱和。
(3) 功率开关管损耗以电阻s R 表示,即实际的功率开关管可由理想开关与损耗电阻s R 串联等效表示。
(4) 为描述VSR 能量的双向传输,三相VSR 其直流侧负载由L R 和直流电动势L e 串联表示。
当直流电动势0L e =时,三相VSR 只能运行于整流模式;当L dce v >时,三相VSR 既可运行于整流模式,又可运行于有源逆变模式;当L dc e v <时,三相VSR 则运行于整流模式。
为分析方便,定义单极性二值逻辑开关函数k s 为10k s ⎧=⎨⎩上桥臂导通,下桥臂关断上桥臂关断,下桥臂导通(,,)k a b c = (1-1)将三相VSR 功率开关管损耗等效电阻s R 和交流滤波电感等效电阻l R 合并,记 s l R R R =+,采用基尔霍夫电压定律建立三相VSR a 相回路方程为()aa a aN NO di LRi u v v dt+=-+ (1-2) 当1S 导通而2S 关断时,1a s =,且aN dc v v =;当1S 关断而2S 导通时,开关函数0a s =,且0aN v =。
三相逆变器的建模
1三相逆变器的建模1.1 逆变器主电路拓扑与数学模型三相全桥逆变器结构简单,采用器件少,并且容易实现控制,故选择三相三线两电平全桥逆变器作为主电路拓扑,如图 1所示。
图 1三相三线两电平全桥逆变拓扑图 1中V dc 为直流输入电压;C dc 为直流侧输入电容;Q 1-Q 6为三个桥臂的开关管;L fj (j =a ,b ,c )为滤波电感;Cfj (j =a ,b ,c )为滤波电容,三相滤波电容采用星形接法;N 为滤波电容中点;L cj (j =a ,b ,c )是为确保逆变器输出呈感性阻抗而外接的连线电感;v oj (j =a ,b ,c )为逆变器的滤波电容端电压即输出电压;i Lj (j =a ,b ,c )为三相滤波电感电流,i oj (j =a ,b ,c )为逆变器的输出电流。
由分析可知,三相三线全桥逆变器在三相静止坐标系abc 下,分析系统的任意状态量如输出电压v oj (j =a ,b ,c )都需要分别对abc 三相的三个交流分量v oa 、v ob 、v oc 进行分析。
但在三相对称系统中,三个交流分量只有两个是相互独立的。
为了减少变量的个数,引用电机控制中的Clark 变换到三相逆变器系统中,可以实现三相静止坐标系到两相静止坐标系的变换,即将abc 坐标系下的三个交流分量转变成αβ坐标系下的两个交流分量。
由自动控制原理可以知道,当采用PI 控制器时,对交流量的控制始终是有静差的,但PI 控制器对直流量的调节是没有静差的。
为了使逆变器获得无静差调节,引入电机控制中的Park 变换,将两相静止坐标系转换成两相旋转坐标系,即将αβ坐标系下的两个交流分量转变成dq 坐标系下的两个直流分量。
定义αβ坐标系下的α轴与abc 三相静止坐标系下的A 轴重合,可以得到Clark 变换矩阵为:11122230ClarkT ⎡⎤--⎢⎥⎢=⎢⎢⎣ (1)两相静止坐标系αβ到两相旋转坐标系dq 的变换为Park 变换,矩阵为:2cos()sin()sin()cos()Park t t T t t ωωωω⎡⎤=⎢⎥-⎣⎦(2)对三相全桥逆变器而言,设三相静止坐标系下的三个交流分量为:cos()cos(2/3)cos(2/3)a mb mc m u U t u U t u U t ωωπωπ==-=+ (3)经过Clark 和Park 后,可以得到:d m q u U u ==(4)由式(3)和式 (4)可以看出,三相对称的交流量经过上述Clark 和Park 变换后可以得到在 d 轴和 q 轴上的直流量,对此直流量进行 PI 控制,可以取得无静差的控制效果。
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Source Impedance
ZS (s)
RS
s
LS
//
s
1 CS
1
s
RS CS RS
s
LS s2
LS C S
Load Impedance
ZL s RL sLL
4-5
Single-Phase AC Example with Linear Components
2CS RS
C
2 S
L2S
4 S
2
2 S
LS
CS
S2CS2 RS2
1
Magnitude [dB]
Magnitude [dB]
20
20
0 -20
Z1Smag
0
-20 -40
Z2Smag
-60
100
101
102
103
104
-81000
101
102
103
104
Phase [deg]
50
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
Time [sec]
Load Impedance Parameters
RL= -0.1 Ω; LL= 1.4 mH;
150 100
isα(t) isβ(t)
50
0
-50
-100
-1500
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
Time [sec]
4-13
Current [A] Current [A]
Z
qd
(s) (s)
Zdq (s) Zqq (s)
Zdq(s)
Laplace operator (L) property:
load step 6.6 kW
3.3 kW
0.5 kW
4-3
DC bus: 5 kW
Example of DC Distribution System
100 μF
7.5 kW
Voltage [V]
load step 6.6 kW
3.3 kW
0.5 kW
50 0
ZL
=
1 YL
-50
ZS
90
0
-90
ZS ZL
RL= -0.1 Ω; LL= 1.4 mH;
Source Impedance Parameters
RS= 1 Ω; CS= 0.2 mF; Ls= 3.6 mH;
4-9
Single-Phase Source and Load Impedances
Source Zsa(s)=Zsb(s)=Zsc(s)
Z labc
s
0
0
0
Zlb s
0
0
0
Zlc s
Zla s Zlb s Zlc s sLL RL
Load Zla(s)=Zlb(s)=Zlc(s)
4-10
Stationary frame αβ Transformation
Power Invariant αβ Transformation:
vsa(t)=Vsmcos(ωst)
vsb(t)=Vsmcos(ωst-2π/3) vsc(t)=Vsmcos(ωst+2π/3)
T / abc
2
1
3 0
1 2 3
2
1 2 3 2
vsα(t)=Vsmcos(ωst) vsβ(t)=Vsmsin(ωst)
4-12
Example with Linear Components (stable case)
abc
αβ
Tαβ/abc
Source Impedance Parameters
100
RiSs=a(1t)Ω; CSi=sb0(.t2)mF;isLcs(=t)3.6 mH;
50
0
-50
-1000
0.05
Stationary frame αβ Transformation
abc
αβ
Tαβ/abc
• Three-phase (a,b,c) system equivalent to two independent () single-phase systems
• Previous stability analysis still holds
1
Vsoref ZS YL
• To avoid instability, the return ratio:
L Z S YL
must stay away from –1 !
4-2
DC bus: 5 kW
Example of DC Distribution System
20 μF
7.5 kW
4-15
DQ Impedance
vd vq
s s
Z dd Z qd
s s
Zdq sid s Zqq siq s
Zdd s
vd s id s
iq 0
Z qd
s
vq s id s
iq 0
Zqq s
-180 101
103 105
Frequency (Hz)
4-4
Single-Phase AC Example with Linear Components
Model Parameters VS = 120 V; fS = 60 Hz RS = 1 Ω LS = 3.6 mH CS = 200 μF RL = -0.1 Ω (-0.2 Ω ) LL = 1.4 mH
vq s iq s
id 0
Zdq s
vd s iq s
id 0
4-16
Source DQ Impedances
Source Zsdq(s)
Z
sdq
s
Z1S s Z2S s
Z2S s Z1S s
Z1S
s
Outline
1. Operation of Three-Phase Converters 2. Modeling of Three-Phase PWM Converters 3. Closed-Loop Control Design 4. Unterminated Modeling of PWM Converters 5. Small-Signal Stability in Three-Phase Systems
200vsa(t)
100
vsb(t)
vsc(t)
Tαβ/abc
300
200
100
vsα(t)
vsβ(t)
0
0
-100
-100 -200
-2000
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
Time [sec]
-3000
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
Time [sec]
4-11
Votlage [V] Votlage [V]
Source abc Impedance
Z sa s
Z
sabc
s
0
0
0
Z sb s
0
0
0
Z sc s
Z sa s
Z sb s
Z sc s
sLs Rs s 2 LsCs sRsCs
1
Load abc Impedance
Zla s
1
Z2S
s
s 2S CS L2S 2sS CS LS RS S CS RS2 S3CS L2S S LS
s
4C
2 S
L2S
2s3LS CS2 RS
s2
2CS2
L2S
2 S
2LS CS
CS2 RS2
s
2
2 S
LS
CS2
RS
idq
i
x
ejst
Zabc(s) Z(s)
Z
dd
(
sv)abc(sZ)
(
s
js Z (
) s
)2Z(Zs
(s)js ) 0Z
0 (s)
v
vdq
x
ejst
dq reference frame
idq
s s
Zdq
(s)
Z dd
• Review of Small-Signal Sub-system Interaction • Three-Phase System Stability • Generalized Nyquist Criteria 6. Input / Output Impedances of Three-Phase Converters 7. Stability Analysis of Three-Phase Converter Systems
0 -50
Z1Sph
200
0
Z2Sph
-101000
101
102
103
Frequency [Hz]
104
-201000
101
102
103
104
Frequency [Hz]