三相PWM整流逆变系统的李亚普诺夫控制
【全面版】三相电压型 PWM 整流器原理及控制方法PPT文档
三相电压型 PWM 整流器系统结构图 复位电路采用按键手动复位。
两相电流 传感器
电源 模块
开关器件驱动
直流电压，电流
空基 圆间本，矢 原从量理 而P就 形W是 成M把S(VS三PV相WPWMPWM波)M。控整制流策器略输是入根端据电整压流在器复空平间面电上压转矢换量为切空换间来电控压制矢整与量流保，器护通电的S过V路一P不种W同新M的波的开形控关制状策态略组传。合感构器成8个空间矢量去逼近电压
三相电压型PWM整流
器的拓扑结构如右图所示，
其中在所示的电路中三相电
感L起滤波作用，因此交流 ua ia R
侧电流可近似认为是三相正 弦电流，C为直流侧电容，
ub ib N uc ic
R R
起稳压滤波的作用，当系统
稳定时，可保持直流母线电
压基本不变，故可看作是直
流电压源。R为线路与开关
管的等效电阻，RL为负载。
pW,pV,pU V51+ 的 MPI 接 F F u u 0 0 71C 1 1 0 C1 K 0 01R2 3 C Fu1.0 5 CFu1.0 2 T U O V 5 D 1 N 8 7G 3 N I V F 2 u C 1 1 V51+ F 76 85 u 0 1 3 C3 955PLT 43 21 CCV EGDIRB 0 4 7 R2 7 0 4 7A9U 21 1 J 2NOC MWP
- 直流侧电压
开关管交
流入侧电的压输由此可以看出， PWM整流器的交流回 路的组成有电网电源， 开关管交流侧输入电 压，交流侧电感。
空间矢量PWM(SVPWM)控制策略是根 据整流器空间电压矢量切换来控制整流器的 一种新的控制策略。基本原理就是把三相 PWM整流器输入端电压在复平面上转换为空 间电压矢量，通过不同的开关状态组合构成8 个空间矢量去逼近电压圆，从而形成 SVPWM波。
三相PWM整流器控制策略的研究与实现
三相PWM整流器控制策略的探究与实现专业品质权威编制人：______________审核人：______________审批人：______________编制单位：____________编制时间：____________序言下载提示：该文档是本团队精心编制而成，期望大家下载或复制使用后，能够解决实际问题。
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基于李雅普诺夫函数的三相有源电力滤波器控制策略
基于李雅普诺夫函数的三相有源电力滤波器
控制策略
振动及突变在电力系统中非常常见。
为了消除振动及突变所造成
的影响，人们发明了电力滤波器，其中三相有源电力滤波器是一种常
用及有效的解决方案。
李雅普诺夫函数是二维向量相关函数中最为常
用的一种。
它以相关系数选择任意维度，然后作为多维函数给予状态
输入，以求解最佳滤波动态控制策略。
基于李雅普诺夫函数的有源电力滤波器控制策略已经广泛应用于
三相有源电力滤波器中。
该控制策略的实际应用是一个迭代的调节过程，它以滤波器输入的电压振动及突变为输入状态，将李雅普诺夫函
数的相关系数作为参数，考虑滤波器电流比例因子、转换效率、风机
转速等滤波器相关参数，实现最佳滤波器动态控制策略。
该控制策略不仅降低振动的幅度，而且可以完成振动和突变的快
速恢复，满足系统动态加载变化的要求，并可以实现高效的系统控制，使有源电力滤波器的运行更加稳定，表现更优越。
基于李雅普诺夫函数的三相有源电力滤波器控制策略主要使用李
雅普诺夫函数确定最佳动态滤波控制策略，充分考虑了滤波器电流比
例因子、转换效率、风机转速等滤波器相关参数，以降低振动和突变，并有效地缓冲系统出现的动态加载变化，有效改善电力系统质量。
三相pwm整流器工作原理
三相pwm整流器工作原理三相PWM整流器工作原理。
三相PWM整流器是一种常见的电力电子器件，它的工作原理主要涉及到PWM调制和整流两个方面。
在电力系统中，三相PWM整流器通常被用于控制交流电到直流电的转换，它具有高效、可控性强等优点。
下面我们将详细介绍三相PWM整流器的工作原理。
首先，我们来看PWM调制的原理。
PWM（Pulse Width Modulation）即脉宽调制技术，它通过改变脉冲信号的宽度来实现对电压的调节。
在三相PWM整流器中，PWM调制主要用于控制开关管的导通和截止，从而实现对交流电的整流。
当输入的交流电信号经过PWM调制后，输出的脉冲信号就可以控制开关管的导通时间，从而实现对输出电压的调节。
这种调制方式可以保证输出电压的稳定性和可控性，是三相PWM整流器的关键工作原理之一。
其次，我们来讨论整流的原理。
在三相PWM整流器中，整流是指将输入的交流电转换为直流电的过程。
通过PWM调制，开关管可以控制交流电的导通和截止，从而在输出端得到一个近似直流的电压信号。
整流过程中，需要注意输出电压的稳定性和纹波的控制，这需要通过合理的PWM调制和滤波电路来实现。
整流过程的稳定性和效率直接影响着整个系统的性能和可靠性，因此整流是三相PWM整流器工作原理中非常重要的一环。
综上所述，三相PWM整流器的工作原理主要涉及到PWM调制和整流两个方面。
通过PWM调制，可以实现对交流电的控制和调节；而整流过程则是将交流电转换为直流电的关键步骤。
三相PWM整流器以其高效、可控性强等优点在电力系统中得到了广泛应用，它的工作原理对于理解和设计电力电子系统具有重要意义。
希望本文能够对读者加深对三相PWM整流器工作原理的理解有所帮助。
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。
三相电压型PWM整流器的解耦与控制研究
ｔ ｅ ｓ ｈ ｍｅｏ ｈ ｏ ｔ ｏ ｌｒａ ｅｇ ｖ ｎ ａ ｄ ａ ｌ ｏ ｃｕ ｉ ｎ ｒ ｕ ｐ ｒ ｅ ｙ ｓｍｕ ａ ｉ ｎ Ｔｈ ｅ ｕ ｔ ｒ ａ ｏ ａ ｈ ｃ ｅ ｆｔ ｅ ｃ ｎ ｒ ｌ ｒ ｉ ｅ ｎ ｌ ｃ ｎ ｌ ｓ ｓ ａ ｅｓ ｐ ｏ ｔ ｄ ｂ ｉ ｌ ｔ ． ｅ ｏ ｏ ｅ ｒ ｓ ｌｓａ ｅ ｆｖ ｒ —
电 气传 动 ２ １ ０ １年 第 ４ １卷 第 ４期
ＥＬＥ ＣＴＲＩ Ｃ ＤＲＩ ２ １ Ｖｏ． ｌ Ｎｏ ４ ＶＥ ０１ Ｉ４ ．
三 相 电压 型 Ｐ Ｍ 整 流 器 的 Ｗ 解 耦 与 控 制 研 究
秦 静 ， 世 光 ， 正 友 李 蒋
三相电压型PWM整流器控制技术综述
三相电压型PWM整流器控制技术综述一、本文概述随着电力电子技术的不断发展，三相电压型PWM整流器作为一种高效、节能的电能转换装置，在电力系统中得到了广泛应用。
该类整流器采用脉宽调制（PWM）技术，通过控制开关管的通断，实现对输入电流波形的精确控制，从而满足电网对谐波抑制、功率因数校正等要求。
本文旨在对三相电压型PWM整流器控制技术进行综述，分析其基本原理、研究现状和发展趋势，为相关领域的研究和实践提供参考。
本文首先介绍了三相电压型PWM整流器的基本结构和工作原理，包括其主电路拓扑、PWM控制技术以及电流控制策略等。
在此基础上，综述了当前国内外在三相电压型PWM整流器控制技术研究方面的主要成果和进展，包括调制策略优化、电流控制算法改进、系统稳定性分析等方面。
本文还对三相电压型PWM整流器在实际应用中所面临的问题和挑战进行了分析和讨论，如电网电压波动、负载变化等因素对整流器性能的影响。
本文展望了三相电压型PWM整流器控制技术的发展趋势，提出了未来研究的方向和重点，包括高效率、高可靠性、智能化控制等方面。
通过对三相电压型PWM整流器控制技术的综述和分析，本文旨在为相关领域的研究和实践提供有益的参考和借鉴。
二、三相电压型整流器的基本原理三相电压型PWM整流器是一种高效、可控的电力电子设备，它采用脉宽调制（PWM）技术，实现对交流电源的高效整流，将交流电转换为直流电。
整流器主要由三相桥式电路、PWM控制器、滤波电路等部分组成。
三相桥式电路是整流器的核心部分，由六个开关管（通常是IGBT 或MOSFET）组成，每两个开关管连接在一起形成一个桥臂，共三个桥臂。
通过控制开关管的通断，可以实现将三相交流电源整流为直流电源。
PWM控制器是整流器的控制核心，它根据输入电压、电流等信号，生成相应的PWM控制信号，控制开关管的通断时间和顺序，从而实现对输出电压、电流等参数的精确控制。
PWM控制器通常采用数字信号处理器（DSP）或微控制器（MCU）等实现，具有高精度、快速响应等特点。
三相pwm整流器及其控制原理
三相pwm整流器及其控制原理
哎呀，说起三相PWM整流器跟它的控制原理，这可真是个技术活儿啊。
咱们四川人说话喜欢直接，就先给大家说说这整流器是咋回事儿。
三相PWM 整流器啊，就是能把交流电变成直流电的一种装置，它里头用到了PWM技术，也就是脉冲宽度调制技术，这样弄出来的直流电就稳定多了。
再来说说陕西方言版的吧。
三相PWM整流器，那就是个把交流电变成直流电的神奇玩意儿。
它的控制原理啊，说起来也简单，就是通过调整PWM信号的宽度，来控制整流器输出的直流电的稳定性和精度。
这技术啊，现在可是越来越成熟了，用起来也放心。
最后咱们再来个北京话版的。
这三相PWM整流器啊，可是个高科技产品，它能把交流电转化成直流电，而且转化得特别稳定。
它的控制原理嘛，就是通过调整PWM信号的占空比，来控制整流器的输出。
这占空比啊，就像咱们北京的炸酱面里的酱和面的比例一样，得刚刚好，才能做出好吃的面来。
所以这PWM信号的调整啊，也是得恰到好处，才能保证整流器的性能达到最佳。
总的来说啊，这三相PWM整流器是个挺实用的东西，它的控制原理虽然听起来有点复杂，但其实就是通过调整PWM信号来实现的。
不管是四川话、陕西方言还是北京话，说起来都是一个意思，就是要让这整流器工作得更稳定、更高效。
三相电压型pwm整流器不平衡控制新策略
三相电压型pwm整流器不平衡控制新策略
近年来，三相电压型PWM整流器在采用PWM技术的作用下被广泛地应用于逆变器的驱动及供电技术中。
由于采用PWM技术后，整流模块之间的电压差异总是不可避免的，而导致输出能量的不均衡。
为了解决这个问题，各种不平衡控制算法一直在发展。
其中最常用的是基于上侧负载反馈的方法，以线性化不平衡控制为代表。
本文提出了一种新的三相PWM整流器的不平衡控制策略，将负载识别策略与模糊控制策略结合在一起，可以很好地改善低效率的现象。
首先，三相PWM整流器不平衡控制中需要进行上正 a项条件识别。
首先，根据三相电压的平均值和负载电流的大小确定不平衡控制的执行条件，即上正条件。
接下来，利用模糊控制方法确定进行不平衡控制时应使用的控制因子。
通过识别整流模块之间的电压差以及负载变化情况，来反映不平衡时整流模块的相对操作状态，以期望精确输出数量和质量。
之后，进行不平衡控制，即根据上述控制系数，采用变
量方法来改变整流模块之间的电压，从而实现对三相电压的均衡化。
具体地，应采用下列步骤：通过联合检测负载变化情况和电压差以及不平衡识别，来调整每一模块的频率以及Shout脉冲的幅度，调整的时间间隔不超过2ms。
最后，可以总结得出，利用综合识别负载变化情况和电压差来改进三相电压型PWM整流器不平衡控制的策略，可以获得更好的效率。
在实验中，验证了新的不平衡控制策略可以提高整流器的性能，说明该策略是有效的。
三相高功率因数电压型pwm整流器控制策略
三相高功率因数电压型pwm整流器控制策略三相高功率因数电压型PWM整流器控制策略是一种用于能源转换和传递的电路控制方法。
它可以有效地将变换器的效率和能量转移效率提升到新的高度。
接下来，将分步骤阐述三相高功率因数电压型PWM整流器控制策略的工作原理和控制方法。
1. 工作原理三相高功率因数电压型PWM整流器是一种基于电力电子技术的高效节能电路，它的工作原理是将三相交流电压转换为直流电压，并对输出直流电压进行控制。
控制方法是通过定时器电路，将一系列脉冲信号传送到功率开关，从而控制输出电压的大小和形状。
2. 开关控制在三相高功率因数电压型PWM整流器中，电源电压需要经过变压器降压后再输入到电路中。
整流器中使用的开关器件为MOSFET管，它具有低导通电阻和高开关速度等特点。
控制方法是利用开关器件上的脉冲信号来实现控制。
开关控制是通过PWM控制的输出波形来控制MOSFET管的导通时间和导通电流。
3. 稳压控制在三相高功率因数电压型PWM整流器中，稳压控制是不可或缺的环节。
在正常情况下，整流器会根据电路反馈的电压信号，对电路中的功率开关进行控制，从而实现输出电压的稳定。
稳压控制还需要根据负载的需求来调节输出电压。
4. 周期控制在整流器控制过程中，周期控制是控制输出波形频率的重要因素。
控制周期是为了保证整流器的输出波形与网络电源输入电压同步。
控制周期还需考虑到各种电路的特性参数，来避免不必要的失控。
5. 矢量控制通过矢量控制，可实现三相高功率因数电压型PWM整流器电路的反馈控制。
矢量控制是以电路的磁场向量为基础，旋转磁场向量，从而控制整流器的输出电压和电流。
三相高功率因数电压型PWM整流器控制策略的优点是稳定性好，工作效率高。
在实际应用中，可降低功率失真率和电能损耗。
在电力电子领域，它已成为传递和控制能量的重要工具之一。
三相电压源型 PWM 整流器控制
三相电压源型 PWM 整流器控制
电气工程术语
01 背景
目录
02
电压源型整流器的双 环控制方式
03
电压源型整流器的控 制方法
04
电压源型整流器控制 方法的实际应用
05
PWM整流器控制技术 的发展趋势
06 结语
控制技术对提高三相电压源型PWM整流器性能非常重要。根据并交流信号不同，电压源型整流器又可分为电 压控制和电流控制。由于电流控制的方法简单、直接，且具有限流和短路保护作用，因此使用比较广泛。电压源 型整流器的电流控制方案一般采用以直流电压为外环、交流电流为内环的双环控制结构。根据电流内环是否引入 交流电流反馈，可分为直接、间接两种电流控制，由于直接电流控制响应速度快，鲁棒性好，占主导地位。
由于智能控制不需要建立PWM整流器的数学模型，因而也被引入到整流器控制中，但智能控制还很不成熟， 基本还停留在仿真阶段。
虽然现代的非线性和智能两类控制都还不成熟，但随着它们控制技术的进一步发展和逐步成熟，无疑它们具 有良好的应用前景。
PWM整流器控制技术的发展趋势
自20世纪80年代开始PWM整流器研究以来，PWM整流器控制虽已取得了很多成果，但仍不完善。它的发展趋势 大致可归结为以下几个方面 。
结语
三相有源滤波器、PWM整流器、逆变器的关系(精)
三相有源滤波器、PWM 整流器、逆变器的关系有源滤波器（APF ，或者说电源质量管理器）、PWM 整流器（又称主动整流器AE F ）、逆变器这三大种类开关电力器件有相似的变换，有密切的关系，甚至控制程序都是大部分相同的。
－，技术关系如果说把APF （除去储电的直流电力电容）、AEF 、逆变器都看着黑匣子，可以说这三者的两端都是相同的电源―――直流源DC 和三相交流源AC ，三者的作用都是变换这两种电源的形式。
有源滤波器中，DC 源的能量最初虽是来自AC 源，但是DC 电压建立后，D C 和AC 之间的能量是可以相互流动的。
PWM 整流器中，正常的整流过程是AC 流向DC ，输出DC 电压时（如回馈制动时）DC 流向AC 。
逆变器中，能量的情况是D C 流向AC 。
APF、AEF 、逆变器三者都是在变换DC 和AC ，那么这两个源之间能变化的必要条件是什么呢？两个源，如两碗水，必然水往地处流，水能流动的零界条件是水平，同样，两个源流动的零界条件是DC 电压＝AC 电压（AC 电压是线电压的峰值）。
掌握了这点明白――做有源滤波器，以普通的400V 三相工业用电来说，其线电压峰值为560V ，考虑余量后DC 电压要稳定在800V 左右；做PWM 整流器，如输出要求DC 稳定在300V ，则必须用变压器降压市电，变比至少要大于56：30；做逆变器，若DC 侧电压为100V ，采用SVPWM 调制或3次谐波注入法时AC 侧线电压峰值最大为100V （采用SPWM 调制时AC 侧相电压峰值最大为50V ，这就是所谓SVPWM 调制能提高直流电压15％利用率的原因）。
说到这里，有心的朋友应该有这样的问题：APF 、AEF 、逆变器三者为什么都是DC 侧电压高于AC 侧线电压峰值？我们都知道，在自然状态下水总是往低处流的，逆变器完全符合此道，好理解；但是APF 和AEF 又怎样能使能量从的电平的AC 侧流向高电压的DC 侧呢？其答案是多加个抽水的“水泵”，这样“高往低放水”和“低往高注水”就都能够完成了。
三相升-降压PWM整流器SVPWM控制策略研究
三相升-降压PWM整流器SVPWM控制策略研究李帅;李槐树;李文艳;黄克峰【期刊名称】《电气传动》【年(卷),期】2012(042)006【摘要】针对目前电机控制等应用领域常用的升-降压整流系统存在无法直接输出大范围连续平滑可调直流电压等不足,分析了基于三相电压型PWM整流电路与C'uk电路整合的升-降压PWM整流器的工作原理,按照控制简单、易于工程实现、有效降低开关频率等原则,用零矢量拓展概念设计了基于SVPWM控制的新控制策略,建立了相应的数学模型,进行了相应的数学分析,采用变参数PI控制和比例-积分分离算法设计了数字PI控制器,仿真结果与实验分析证明了新控制策略的有效性.%The working principle of a three-phase step-up/down AC/DC converter .which are based on three-phase voltage-type PWM AC/DC converter and C'uk DC/DC converter, was analyzed to overcome the disadvantages existing in the commonly used three-phase step-up/down AC/DC converters which can t directly output continuously adjustable DC voltage in a wide range. According to the principle of simple control,easy engineering implementation and low switching frequency. A new control strategy based on SVPWM was designed with the expansion of zero-vector for the converter. Meanwhile, the corresponding mathematical model and reasoning were also presented. And a digital PI controller was designed with variable parameters and proportional-integral separation. Simulation results and analysis verify the validity of the control strategy.【总页数】5页(P22-26)【作者】李帅;李槐树;李文艳;黄克峰【作者单位】海军工程大学电气与信息工程学院,湖北武汉430033;海军工程大学电气与信息工程学院,湖北武汉430033;海军工程大学电气与信息工程学院,湖北武汉430033;海军工程大学电气与信息工程学院,湖北武汉430033【正文语种】中文【中图分类】TM461【相关文献】1.三相升—降压PWM整流器的仿真研究 [J], 曾博;孟光伟;宋亚伟;方伟2.三相升-降压PWM整流器Fuzzy-PI控制算法 [J], 李帅;李槐树;李文艳;黄克峰3.三相电压型SVPWM整流器控制策略研究 [J], 贾佳4.三相电压型SVPWM整流器控制策略研究 [J], 张志刚;黄守道;任光法;陈继华5.基于SVPWM控制的三相电压型PWM整流器系统的研究 [J], 胡应占;赵德申因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
三相电压型PWM整流器直接功率控制方法综述
三相电压型PWM整流器直接功率控制方法综述1 概述三相电压型PWM整流器具有能量双向流动、网侧电流正弦化、低谐波输入电流、恒定直流电压控制、较小容量滤波器及高功率因数（近似为单位功率因数）等特征，有效地消除了传统整流器输入电流谐波含量大、功率因数低等问题，被广泛应用于四象限交流传动、有源电力滤波、超导储能、新能源发电等工业领域。
PWM 整流器控制策略有多种，现行控制策略中以直接电流、间接电流控制为主，这两种闭环控制策略需要复杂的算法和调制模块。
而三相电压型PWM 整流器直接功率控制（DPC）因具有控制方法简单、抗干扰能力强、良好的动态性能、可以实现有功无功的解耦控制等诸多优点而被近年来广泛研究，控制方法也层出不穷[1-2]。
本文将介绍三相电压型PWM 整流器主电路的拓扑结构和基于DPC 的控制策略，并进行对比分析，在此基础上对PWM 整流器的控制策略进行展望。
2 电路拓扑近年来对于三相电压型PWM 整流器拓扑结构的研究在小功率场合主要集中在减少功率开关[3]和改进直流输出性能上；对于大功率场合主要集中在多电平[4]、变流器组合以及软开关技术上[5]。
目前较成熟的拓扑有两电平和三电平PWM 整流器结构。
三相电压型两电平PWM 整流器是最基本的PWM 整流电路，因为结构简单、控制算法相对成熟，得到了广泛应用。
与其相比三电平PWM 整流器每个桥臂多了两个开关管和两个箝位二极管，电路结构复杂、存在中点电位平衡问题、控制算法繁琐，但因此种电路具有更大的变换功率、更低的输入电流畸变率等优点，也被广泛研究应用。
3 直接功率控制方法直接功率控制（DPC）系统结构是以直流侧电压为外环、瞬时功率控制为内环的双闭环系统。
从功率守恒的角度看，直接功率控制PWM整流器是在交流侧电压一定的情况下，通过控制流入整流器瞬时有功功率和无功功率，来达到控制瞬时输入电流的目的，从而获得预设的功率因数和功率流动方向。
3.1 基于电压的直接功率控制(V-DPC)与此前各种PWM整流器控制策略相较，该控制策略的突出优点在于：（1）不需要PWM 调制模块、不需要电流闭环调节、借助于开关矢量表直接对有功功率与无功功率进行控制，控制算法简单；（2）系统具有更快的动态响应速度；（3）输入电流具有更低的畸变率；（4）瞬时功率的获取采用无电压传感器的预测模型，在一定程度上节约硬件成本。
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第34卷 第5期2006年 5月 华 中 科 技 大 学 学 报(自然科学版)J.Huazhong Univ.of Sci.&Tech.(Nature Science Edition )Vol.34No.5 May 2006收稿日期:2005206223.作者简介:姜向龙(19782),男,博士研究生;武汉,华中科技大学控制科学与工程系(430074).E 2m ail :jxlhust @基金项目:十五国防预研项目.三相PWM 整流/逆变系统的李亚普诺夫控制姜向龙 程善美 万淑芸(华中科技大学控制科学与工程系,湖北武汉430074)摘要:针对集成的三相PWM 整流/逆变系统,提出了一种基于李亚普诺夫直接法的一体化瞬时功率控制策略.主要思想是:选择合适的整流器状态变量构造一个李亚普诺夫函数,从李亚普诺夫渐近稳定性出发,设计两个控制变量用于整流器的控制.该策略将逆变器的瞬时功率动态自然地嵌入到整流器的控制当中,在保证整流器渐近稳定的同时,使得三相PWM 整流/逆变系统的直流储能电容可以大大减小.在Matlab/Simulink 环境下对采用这种控制策略的系统进行了仿真,仿真结果验证了该策略的有效性.关 键 词:PWM 整流/逆变系统;李亚普诺夫直接法;瞬时功率中图分类号:TM921.45 文献标识码:A 文章编号:167124512(2006)0520092203Lyapunov 2based control of three 2phase PWM rectif ier 2inverterJ i ang X i anglong Cheng S hanmei W an S huy unAbstract :A Lyap unov 2based instantaneous power cont rol scheme for an integrated t hree 2p hase PWM rectifier 2inverter is proposed ,on t he basis of t he idea t hat some p roper state variables of rectifier are selected to const ruct a L yap unov f unction.According to t he t heory of Lyap unov ′s gradual stability ,two cont rol variables are designed for t he control of rectifier.The instantaneous power dynamics of inverter is nat urally embedded in t he cont rol of rectifier and t he global stability of rectifier is guaran 2teed due to Lyap unov 2based direct met hod.A very small dc 2link capacitor is satisfied to maintain t he good performance for integrated rectifier 2inverter.The effectiveness of t he proposed cont rol scheme verified is by t he simulation result s in Matlab/Simulink environment.K ey w ords :PWM rectifier 2inverter ;L yap unov 2based direct met hod ;instantaneous powerJiang Xianglong Doctoral Candidate ;Dept.of Cont rol Sci.&Eng.,Huazhong Univ.of Sci.&Tech.,Wuhan 430074,China. 三相PWM 整流/逆变系统不仅能满足各种逆变需求(如变频调速),而且具有谐波污染小、功率因数可调的特点,对改善电网质量具有重要意义.然而,这类系统目前大都采用一个体积大、价格贵的电解电容作为中间直流环节,以便整流器和逆变器彼此基本解耦并可独立控制.为减小这个电容,诸多学者提出了一体化控制策略[1～3].有通过测量[1]或估计[2]逆变器输入电流实现前馈补偿的一体化控制策略;也有采用线性反馈技术实现直流电压快速调节的一体化控制策略[3].但上述各种策略分别存在动态性能差[1～2]和比较复杂[3]的缺点.本文在前人研究成果[4]的基础上,针对集成的三相PWM 整流/逆变系统,提出了一种基于李亚普诺夫直接法的一体化瞬时功率控制策略.1 模型分析三相PWM 整流/逆变系统主电路拓扑如图1所示.图中,e a ,e b ,e c 为三相电网相电压,i a ,i b ,i c 为整流器三相电流,v dc 为直流电压;L ,C 分别为滤波电感和直流储能电容;i 1,i 2分别为直流侧输入电流和逆变器输入电流.假设:a .三相电网相电压对称无畸变;b .滤波电感L 线性不饱和,其等效电阻为R ;c .功率开关器件的开关损耗和死区影响可忽略.图1 三相PWM 整流/逆变系统主电路拓扑1.1 整流器模型根据假设条件,在同步旋转坐标系下,整流器模型可描述为[5] L (d/d t )[i d ,i q ]T =L ω[i q ,-i d ]T -R[i d ,i q ]T-v dc [s d ,s q ]T+[E m ,0]T;(1)C d v dc /d t =i 1-i 2,(2)式中:i d ,i q 为同步坐标系下整流器的有功电流和无功电流;s d ,s q 为同步坐标系下整流器控制电压对应的占空比;E m 为电网相电压峰值;ω为电网角频率.从式(1)可得整流器单位功率因数(i q0=0A )运行时的稳态电压方程v dcr [s d0,s q0]T =[E m -RI d0,-L ωI d0]T,(3)式中v dcr 为直流电压v dc 的设定值.1.2 瞬时功率平衡分析由假设条件c 和瞬时功率定义[6],得PWM 整流桥瞬时输出功率P rec =v dc i 1=3v dc (s d i d +s q i q )/2.(4) 逆变器瞬时输入功率P inv =v dc i 2.(5) 将式(4)和(5)代入式(2)得 Cv dc d v d c /d t =P rec -P inv =3v dc (s d i d +s q i q )/2-P inv .(6) 上式表明:a .P rec -P inv 一定时,C 越小,v dc 波动越大;b .容许的电压波动相同时,P rec 跟踪P inv的速度越快,C 可以越小.由式(6)可得整流器单位功率因数(i q0=0A )运行时直流环节的稳态功率平衡式3v dcr s d0i d0/2=P inv0,(7)式中s d0,i d0,P inv0分别为s d ,i d ,P inv 的稳态值.将式(7)代入式(3)得i d0=12E mR -E m R2-8P inv03R.(8)2 整流器的新型控制策略分析表明,若存在一种控制策略,使得P rec 跟踪P inv 的速度很快,则PWM 整流/逆变系统所需的直流储能电容可以很小,同时直流电压的波动将被限制在允许的范围内.针对整流器引入基于李亚普诺夫直接法的控制策略,使P rec 能迅速跟踪P inv ,以达到C 很小时PWM 整流/逆变系统仍可以正常运行的目的.2.1 基于李亚普诺夫直接法的控制策略稳态运行时,要求整流器网侧功率因数为单位功率因数,则只需i q 的稳态值i q0=0即可.令 X =[x 1,x 2,x 3]T =[i d -i d0,i q ,v dc -v dcr ]T. 选择李亚普诺夫函数V (X )=X T AX /2,式中A =diag [L ,L ,C].显然,定义的李亚普诺夫函数是非负定的.设s d =s d0+Δs d ,s q =s q0+s q ,有 d V (X )/d t =X T A d X /d t =-R (x 21+x 22)-Δs d (v dcr x 1-i d0x 3)-Δs q v dcr x 2.(9)令Δs d =k d (v dcr x 1-i d0x 3) (k d >0);Δs q =k q v dcr x 2 (k q >0),(10)式中k d ,k q 均为常数.将式(10)代入式(9)得 d V (X )/d t =-R (x 21+x 22)-k d (v dcr x 1-i d0x 3)2-k q (v dcr x 2)2. 上式表明,采用式(10)描述的控制方式,可使李亚普诺夫函数的导数始终负定,零状态为X 的最终状态.将X 代入式(10)得Δs d =k d (v dcr i d -i d0v d c ) (k d >0);Δs q =k q v dcr i q (k q >0).(11) 由式(3)和式(11)可得最终的控制策略 [s d ,s q ]T =[E m -Ri d0,-L ωi d0]/v dcr +[k d (v dcr i d -v dc i d0),k d v dcr i q ]T.(12) PWM 整流桥的控制电压为[v d ,v q ]=v dc [s d ,s q ].再利用逆Park 变换和SV PWM 算法,便可得到PWM 整流桥所需的开关信号.2.2 控制策略分析上述控制策略存在一个潜在的充分条件,即在一个整流器控制周期内,逆变器瞬时输入功率P inv 基本保持不变.显然,若整流器的直流电压和电流的控制周期远小于逆变器的控制周期,则可以认为在一个整流器控制周期内,P inv 基本不变.注意到,通常整流器的控制采用了双闭环结构,外环为电压环,内环为有功电流和无功电流控制环[5].而基于李亚普诺夫直接法的控制策略是将整流器当作一个整体来看待的,整流器的控制只有一个环.因此,在相同的开关频率下,这种控・39・第5期 姜向龙等:三相PWM 整流/逆变系统的李亚普诺夫控制 制策略理论上可以获得更高的直流电压闭环带宽.同时,该策略依据李亚普诺夫直接法进行设计,具有内在的渐近稳定性.在整流器的控制中,有功电流i d 决定了电网与整流器之间交换的有功功率的大小,而无功电流i q 决定了交换的无功功率的大小.在设定无功电流i q 的给定为零时,通过对逆变器瞬时输入功率P inv 的实时检测或估计,根据式(8)获得i d 的期望值i d0,P inv 动态变化,也使得i d0发生变化,而偏差i d0-i d 的消除通过式(12)的调节来实现.说明这种控制方式将P inv 自然地嵌入到了整流器的控制当中,使得三相PWM 整流/逆变系统的直流储能电容量可以大大减小.另外,当v dc =v dcr 时,Δs d 与i d -i d0成正比;当v dc ≠v dcr 时,Δs Td 与i d ,i d0,v dc ,v dcr 均有关,这反映了该控制策略也能对直流电压v dc 进行调节.3 仿真结果与分析在Matlab 环境下,系统中采用李亚普诺夫控制策略时的仿真结果如图2和图3所示,图2中ωref ,ωr ,i sq 分别为给定转速、实际转速和转矩电流;图3中e 为电网相电压;i 为整流器相电流.仿图2 异步电机控制特性仿真结果真中,C =200μF ,L =2m H ,R =0.4Ω,整流器电压和电流控制周期均为50μs ;逆变器的负载为矢量控制的异步电机调速系统,其电流环控制周期为250μs ,速度环控制周期为2ms.仿真过程如下:在0.02s 时,整流器从不控整流到PWM 整流;0.06s 时,电机转速给定为0rad/s ,开始建立转子磁链;0.1s 时,转速给定跳变到100rad/s ;0.25s 时,给电机突加负载转矩20N ・m.从仿真结果可以看出,其电机控制特性较好,而由于整流器采用了李亚普诺夫控制,特别是其图3 整流器控制特性仿真结果电压环与电流环的控制周期相同并小于逆变器电流环控制周期,使得v dc 的响应速度很快.C 仅为200μF 时,整流器便可以达到单位功率因数和v dc 波动不超过设定值10%的控制目标,说明此时P rec 能紧密跟踪P inv .总之,这种控制策略在保证整流器渐近稳定的同时,在直流储能电容很小的情况下,系统的控制效果良好,说明该策略是有效的.参考文献[1]Wu R ,Dewan S B ,Slemon G R.Analysis of a PWMac to dc voltage source converter under the predicted current control with a fixed switching f requency [J ].IEEE Transaction on Industry Application ,1991,27(4):7562764.[2]Habetler T G.A space vector 2based rectifier regula 2tor for AC/DC/AC converters[J ].IEEE Transaction on Power Electronics ,1993,8(1):30236.[3]J ung J H ,Lim S Y ,Nam K H.A feedback lineari 2zing control scheme for a PWM converter 2inverter having a very small DC 2Link capacitor [J ].IEEE Transaction on Industry Application ,1999,35(5):112421131.[4]Kawasaki N ,Nomura H ,Masuhiro M.A new con 2trol law of bilinear dc 2dc converters developed by di 2rect application of L yapunov [J ].IEEE Transaction on Power Electronics ,1995,10(3):3182325.[5]张崇巍,张 兴.PWM 整流器及其控制[M ].北京:机械工业出版社,2003.[6]Akagi H ,Kanazawa Y ,Nabae A.Instantaneous re 2active power compensators comprising switching de 2vices without energy storage components [J ].IEEE Transaction on Industry Applications ,1984,20(3):6252630.・49・ 华 中 科 技 大 学 学 报(自然科学版) 第34卷。