2 VSR的拓扑结构及建模.doc

2 VSR的拓扑结构及建模2.1 VSR的拓扑结构VSR最显著的拓扑结构特征就是直流侧呈采用电容进行直流储能，从而使VSR直流侧呈低阻抗的电压源特性。图1示出VSR主电路拓扑结构1、2。主电路拓扑交流侧采用三相对称的无中线连接方式，并采用6个功率开关管，这是一种最常用的三相PWM整流器，每个桥臂上的可关断开关均带有反并联二极管，可以实现能量的双向流动。图1 三相VSR拓扑结构以A相为例。当A相下桥臂中的开关管导通时，A相储能电感储能；当其关断时，A相电感储能通过上桥臂的二极管向直流侧释放磁能。因此，从广义上讲，这种桥式PWM可逆整流器拓扑仍属于升压式结构。三相电压型PWM整流器的特点是结构简单，且易于实现有源逆变，因而是目前应用和研究最受青睐的一种类型，也是目前PWM整流电路中应用最为广泛的一种。2.2 系统建模在三相VSR模型的建立过程中，常用到两类坐标变换2：将三相静止坐标系 变换成两相垂直静止坐标系；将三相静止对称坐标系变换成两相旋转坐标系，或是将两相静止垂直坐标系变换成两相同步旋转坐标。上述坐标变换又分成等量和等功率变换两种。等量坐标变换指变换前后通用矢量相等；等功率变换指坐标变换前后功率相等。在实际应用中，可根据具体情况选用。在此，遵循等功率变换建立坐标系下的模型，有变换矩阵： （1） （2） 变换上式所得和坐标系下的数学模型分别为： （3） （4）由于静止坐标系和旋转坐标系之间的变换矩阵元素是时间的函数，因此不能简单地认为坐标系下电流的导数乘以变换矩阵就是坐标下电流的导数，它们存在如下关系： （5）从同步旋转坐标的数学模型看，PWM变流器中两相电流之间存在耦合关系，因此，基于这种坐标系的数学模型，在设计电流控制器时应考虑这种关系。3 空间矢量脉宽调制方法电压空间矢量PWM控制策略是基于空间矢量变换概念提出的【1】.若规定每个桥臂上开关管导通时为“1”，下开关管导通时为“0”，则每个桥臂有“0”和“1”两种工作状态，三相桥臂共有种不同的开关组合，分别构成图2所示的8个开关矢量分布图。在电压矢量空间分布图上，这8个矢量分为6个非零电压空间矢量和两个零矢量和，这6个矢量均匀分布在坐标平面上。电压空间矢量定义为： （6）电网电压： （7）所以输出电压空间矢量为： （8）由式（8）可以看出，输出矢量轨迹是一个圆。在数字电流控制种，输出电压矢量取值为一系列离散矢量。空间电压矢量PWM调制的目的就是如何生成这一系列的输出电压矢量使输出电流谐波最小，直流电压利用率最高，算法最简单。若在第一扇区，则由非零矢量和相应的零矢量合成，满足下式： （9） （10）式中采样周期 零矢量的作用时间电压矢量的作用时间如果已知与的夹角，则根据三角形正弦定理： （11）所以有： （12）两个矢量作用时间总和不能超过采样周期，所以可得： （13）上式对任何值都成立，这表明电压空间矢量PWM具有最高的直流电压利用率。为了弥补和之间的时间差，在逼近的过程中需要插入零矢量，取其作用时间为： （14）三相电压型PWM整流器的SVPWM调制技术步骤为：（1）计算合成电压矢量根据前面的分析不难得出的值；（2）判断所在的扇区先A，B，C三相轴线为开关线，即可由下式确定所在的扇区： （15） （16）根据表1所示与所属扇区的关系，可以推出所属的扇区。表1 与所属扇区的关系N315462所属扇区（3）选择开关矢量 确定了所属的扇区后，即可得出开关矢量及其作用时间分配，如表2所示。表2 各扇区开关矢量分配扇区开关矢量000100110111111110100000000010110111111110010000000010011111111011010000000001011111111011001000000001101111111101001000000100101111111101100000