电压型单相整流器双环控制实现

电力电子系统建模与控制

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选题：单相电压型整流器建模与控制

单相电压型整流器

1、设计要求

输入滤波为LCL滤波器，输入电压允许范围180-240V，直流参考电压360V，Po=5KW,LCL参数尽可能小，输入电流畸变率低于5%，电阻性负载，直流电压波动小于10V，50%额定负载功率波动下，直流电压能在30ms内恢复正常

1．1拓扑结构图如下：

LCL滤波器可视为一等效电感L，L=L1+L2,L2=rL1

1.2

如下图LCL滤波器，将电网侧和整流器侧看作电压源，得到等效电路图：

视电网电压Vg为扰动，写出传递函数：

G(s)=I g

U

=

1

L1L2Cs3+(L1+L2)s

存在谐振频率

ω=√L1+L2 L1L2C

2、单相电压型整流器控制设计

一般使用电流内环，电压外环，使直流输出保持在设定值，网侧电流幅值和相位保持与电压同相位。

2.1、电流内环：

对于PWM采用双极性调制，使用开关逻辑函数来表示开关的工作状态

s(t)={1 Q1,Q4导通

−1 Q2,Q3导通

网侧电压和网侧电流满足：

u ab=v dc s(t)

i dc=i s s(t)

通过对i s∗−i s得到的偏差进行PI控制，控制器输出PWM的调制比，实现对网侧电压的控制，实现对网侧电流的控制。画出控制框图如下图：

2.2、电压外环：

将直流侧电压与电压设定值比较得到偏差，然后进行PI控制，输出电流内环电流的幅值。为方便，将电流内环的传递函数记为

ωci(s)。为了进行单位功率因数整流，需要对电流内环的输入电流进行相位控制。

令i s∗=I m sin (wt+φ),

直流侧电流方程为

i dc=i c+i L=c dv dc

dt

+i L

拉氏变换得

I dc(s)−I L(s)

V dc(s)=

1 Cs

画出控制框图：

3、参数计算

3.1、直流侧电容

作用：抑制直流电压纹波

VSSR交流侧的瞬时功率分为直流部分和交流部分

直流侧瞬时功率分负载消耗的平均功率和纹波电流流过电容的纹波

功率

u dc=−

UI

4ωCU dc

cosφsin (2ωt)

取直流侧电容C=4500μF 3.2、LCL参数计算

L1=V in T sw 8λc I1

L1max=λv_L1V c ω0

C=λc

P0ω0V g2

L2=

1

L1Cωℎ2−1

×(L1+

|V inv(jωℎ)|

ωℎλℎI2

)ωr=√

L1+L2

L1L2C

I1=√I c2+I22=√(ω0C×V g)2+I22

根据要求，取λc=3%，λℎ=0.2%,λv_L1=5%,输入电压有效值为220V，频率50Hz，输出电压360V，输出功率5kW，开关频率20kHz，计算

L1=600μH,L2=150μH,C f=10μF

4、Simulink仿真：

仿真结果：

输入电流畸变率

电压波动