三相电压型PWM整流器及控制

Rib
Ldib dt
upb
Ec
Ric
Ldic dt
upc
updEdLddditRdiLqi upqEqLidRiqLdditq
id*
+
Ed Liq upd
1
PI
LS R
id
iq*
+
-
Eq Lid upq
1
iq
PI
LS R
~
ud* +
ud
AUR id*
tg*
ia,b,c
id、iq检测
iq id
交流侧电流总畸变率THD尽可能小，一般要求低于5%
在一个开关周期内交流侧电流的最大超调量尽可能小， 一般要求小于交流侧额定电流峰值的10%
满足瞬态电流跟踪要求
6 PWM整流器主电路参数选择
➢直流侧电容的选择
直流侧电容的大小既关系到整流器的成本，更关系到 在各种扰动下直流母线电压的稳定性，进而关系到 PWM整流器的抗负载扰动性能。
La
uLa
ea
upa
Ea
φ ξ
I θ UL
UPa
单相等效电路
➢直接电流控制
电流滞环控制 固定开关频率控制 电流矢量控制 状态反馈控制 无差拍控制 极点配置法 二次型最优控制 Lyapunov方法 非线性状态反馈控制……
共同特点: 有电流闭环，都具有不错的动、静态性能。 不过这些方案都需要两个宽带的交流电流传感器，有 的方案甚至还需要负载电流传感器。
0.15
0.2 t / s 0.25
0.3
-50
-100
50
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
t /s
0
ia / A
-50
-100 0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
t/s
6 PWM整流器主电路参数选择
PWM整流器的性能好坏不仅与其控制策略有关，还与 其自身电路的参数有很重要的关系。 ➢交流侧电感的选择 电感上压降尽可能小,一般不大于电源额定电压的30%
2、PWM整流器的拓扑结构
电压源型(VSR) 直流脉动小，输入电流连
续且简单易行，成为当今
按主电路结构
主要研究对象。
电流源型(ISR)
两电平型整流器 从输出电平角度
单相半桥 单相全桥 三相半桥 三相全桥
三电平型整流器 应用于大功率场合
- us+ L
T2
T1
T3
C1
负
- us+ L
C1
负
6 |Up|≤udc
7．PWM整流器控制系统的实现
➢ 系统硬件电路
A ～
～
～C
负 载
N
电源相电压 检测电路
➢ 统一潮流控制器
+
串联变流器
➢超导磁能存储
并联变流器
超导 线圈
➢ 太阳能、风能等可再生能源的并网发电
+
太阳电 池阵列
风力机风力发
电机
+
G
➢其它功能（新型UPS、高压直流输电）
4、 PWM整流器的工作原理
单位功率因数的含义：
✓整流状态时，网侧电压、电流同相。 ✓逆变状态时，网侧电压、电流反相。 PWM整流器网侧电流及功率因数可控。
✓滞环电流控制 是基于瞬时电流反馈的一种常用的非线性控制方式，将 实测的三相电流与参考信号比较，然后根据比较器的输 出决定开关的状态。 优点:电流跟踪精度高，响应快。 缺点:开关频率不恒定。开关频率的变化会给驱动保护电 路以及主电路的设计带来困难，对系统性能也有影响。
U*d
PI I*m
i*a,b,c
u*pd
PWM
d,q
u*pa u*pb
a,b,c
u*pc
PI
-Ud U*d
这种控制方法电流控制精度较高，不仅在稳态时能够精确 地跟踪电流指令，实现无静差，并且动态性能也较好。但其 控制算法比较复杂。
✓电流矢量控制
ω
d
upd
up
a
i
Ed(E)
θ
φ
q
upq
0
Ea
Ria
Ldia dt
upa
坐标变换
Eb
L R
ud +
负载
它在控制系统中没有引入电流闭环，而是根据电路阻抗特
性，用数学的方法代替电流闭环作用。尽管它动态响应稍
慢，还存在瞬态直流电流偏移，但具有简单的控制结构和
良好的开关特性，便于微机实现，而且可靠性高。另外还
可省去两个高精度电流传感器。适用于对动态响应要求不
高场合，具有良好的工程实用价值。
PWM整流器的控制实际上是对交流侧电流的控制。
三相VSR的控制技术按有没有引入电流反馈可以划分为
间接电流控制（幅相控制）和直接电流控制
➢ 间接电流控制
u*d +
PI id
ud -
三角波
RuR--
sin(ωt+2kπ/3)
++ -
UA,B,C
(k=0,1,2)
XL
cos(ωt+2kπ/3) (k=0,1,2)
u*dc
-
iL
K
u
us u
s
1
id*
a Tis 1
--1
idc
CS
udc
AUR
可按典型2型系统设计PI调节器，同时根据udc的最大 动态降落允许值决定C的下限值 。
➢直流电压的选择 对三相VSR，当交流侧线电压uab>0时，其电路结构可 等效为
Ls
VD1
+
uab
V4
Cf
-
要保证整流器输入端线电压不含有与PWM开关频率无关的 低次谐波，直流电压udc必须不小于交流侧线电压基波uab的 最大峰值。设交流侧相电压的有效值为Up，则有
L
idc
i
v e
+ vdc
RL
- eL
图4 PWM整流器模型电路
D
E
O’
O
C
V A VL
I
B
a) 纯电感特性运行
D
I
O’
E O VL AV
C
D
E O’ A
V
O
C
VL
BI
b) 正电阻特性运行
ID
O’
V A
E
VL O
C
B
B
c) 纯电容特性运行
d) 负电阻特性运行
图5 PWM整流器交流侧稳态矢量关系
5、PWM整流器的控制
+
+
iq*
L
Ed检测
同步
ACDR
L
L
ACQR
-
+
Ed
u*pd
+
- u*pq
upa*
矢 量
upb* SPWM
运
调制
算 upc*
系统的控制结构
Ud Ud检测
ud / V
450 400 350 300 250 200 150 100 50
0 0
100
100
来自百度文库id,q / A
50
id
0
iq id*
0.05
0.1
Ud
-
-
同 步 信 号
ia,b,c 滞 环 比 较 器 三 相 VSR
✓电流矢量控制 电流矢量控制可以直接控制系统的有功功率和无功功率，它 的核心思想是对三相VSR网侧电流的有功、无功分量进行独 立控制。
三相VSR
~
L
ia,b,c
负载 6 a,b,c
d,q Id Iq
I*d
I*q=0
PI PI
u*pq 解耦 算法
载
载
C2
T2
T4
C2
(a)单相半桥
T1
Ua
Ra
Ub
Rb
Uc
Rc
La Upa a
Lb Lc
T4
T3
T5
(b)单相全桥
Upb b T6
Udc
Upc c
T2
+
Cf
Rf -
（C）三相半桥 图3常用单相和三相VSR变流器结构
3、PWM整流器的用途
➢ 交流传动
➢ 有源电力滤波及无功补偿
+
C
R
L
谐波 负载
+
Cd