中文翻译-具有恒定开关频率的三相PWM整流器直接功率

中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 第 1 页 共 18 页具有恒定开关频率的三相 PWM 整流器直接功率控制的数字信号处理摘要:本文提出了一种有关三相 PWM 整流器简单的直接动力控制方案，操作在恒定开关频率，采用空间矢量调制（dpc-svm） 。有功、无功功率是用作脉冲脉宽调制（PMW）控制变量而不是以前的相电流。此外，电压传感器被虚拟磁链（VF）估计仪所取代。这种方法的理论原理尚在讨论中。dpc-svm 方案的稳态和动态结果说明设计系统的操作和性能也表现出来了。结果表明，dpc-svm 展现了的几个特点如：算法简单，动态响应好，恒定开关频率，特别是在电源电压不理想时提供低谐波失真正弦线电流。仿真和实验结果被证明有优秀的性能，验证了该设计的有效性。 中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 第 2 页 共 18 页1 引言大多数三相整流器采用的是二极管桥电路和存储电容器。它的优势是简单，稳定和低成本。然而，二极管整流只提供单向功率，功率因素低和高水平输入电流的谐波。因此，三相脉宽调制整流器（图 1.1）是为工业应用更有效的解决方案有可行的优点如：1）双向功率流，2) 低谐波失真的线电流，3) 调节输入功率因数团结，4) 调整和稳定输出电压，5) 尺寸减小的直流滤波电容器。图 1.1 表示三相脉宽调制整流器大部分全球公司（西门子，ABB 等）提供脉宽调制整流器如交流/直流/交流转换器或者直流分布式电源系统（图 2.1） 12 , 13 。图 1.2 直流分布式电源系统发展脉宽调制升压整流器的控制方法的可能得益于先进的功率半导体设备和 中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 第 3 页 共 18 页数字信号处理器，它允许快速经营和降低成本。它提供了实现复杂的控制算法的可能性。适当的控制可提供的整流器性能改进和被动组成部分的减少。关于这类型的脉宽调制整流器 2,4,8-10提出了俩种控制策略：一个是间接有功和无功功率控制，主要的方法是基于电流矢量方向方面的线路电压矢量（电压定向控制挥发性有机化合物） 2,4,10。挥发性有机化合物保证通过内部电流控制回路的高动态和静态性能。不过，挥发性有机化合物系统的最后的配置和性能在很大程度上取决于电流控制策略的质量 3。另一个是鲜为人知的建立在瞬时直接有功和无功功率控制基础上方法既直接功率控制回路 8-9。这两种控制策略都提到正弦的交流电 ，同时只有一个 DPC 策略不是基于虚拟通量线的电压矢量方向的正弦线电流，称为 VF-DPC。同时 vf-dpc 方案也存在有缺点：1) 可变开关频率（输入微观滤波器的设计的困难);2） 极性一致性规则的强烈（避免+1 切换直流环节电压);3） 迟滞比较器的数字实施是需要高采样频率的);4） 快速的微处理器及模数转换器是必需的。因此，在工业上实施 vf-dpc 是困难的。所有的上述问题在应用一个脉宽调制器而不是转换表时是可以被消除的。这样在以恒定开关频率下应用使用空间矢量调制（dpc-svm）进行无速度传感器线电压直接功率的控制提出了一种新的简单的方法。 中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 第 4 页 共 18 页2 直接功率控制（DPC）直接功率控制（DPC）建立在有功与无功功率控制回路 8-9。直接功率控制也没有内部电流控制回路。因此，研究的重点技术是实现一个正确的快速估计有功和无功功率。2.1 虚拟磁链观测器它有可能取代 AC 线电压传感器与虚拟磁链观测器，创造技术和经济优点：简化，独立系统电源之间的电路和控制系统，可靠性和成本效益。电压结合电源线与 AC 交流侧电感假定与一个虚拟交流电机的数量，如图 3 表示。因此，R 和L 代表定子电阻和定子漏电感的虚拟运动和相间线电压稳定，U ub,Ubr,U 表示一个虚拟的空气间隙通量。换句话说，集成的电压导致虚拟磁链矢量，固定碳罐净化坐标 1 。（2-1）假定整流器的基础上经营，线 iL 表示电流控制电压穿过引导线 L 互连两个电感电压源（线转换器） 。它指的是电感电压 Ut 等于之间的差异 Ul 和线电压转换器电压 Us（2-2）同样虚拟磁链方程可以表示为：（2-3）根据测量的 DC 放入直流电压 U,和调制器 DA, DB, Dc 的占空比，虚拟磁链元件被计算在固定（+）坐标系统中的块（规划及室颤）如下： 中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 第 5 页 共 18 页(2-4) 图 2.1 三相 PWM 整流系统 AC 侧作为虚拟交流电机图 2.2 参考坐标和载体 -电子虚拟电网磁链矢量， 虚拟磁链矢量感应器， 转换器的电压矢量，线电压矢量， 电感电压矢量， 虚拟磁链矢量变频器， 线电流矢量。2.2 有功和无功功率估计仪测量线路电流 和估计虚拟磁通分量 是用来表示功率估计 5，7 。使用的电压方程可以写为（在实践中,可以被忽略）：(2-5)使用复杂的符号，瞬时功率可以计算如下： 中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 第 6 页 共 18 页(2-6)其中 iL*表示共轭线电流矢量。线路电压可以表示虚拟磁通(2-7)在其中 表示空间矢量， 表示它的振幅。虚拟磁链定向的数量，在一个坐标和使用。(2-8)平衡线电压为正弦和衍生物的通量振幅为零。瞬时有功功率和无功功率可以计算如：（2-9)2.3 角块方案采用空间矢量调制技术(DPC-SVM)概念和虚拟磁链的直接功率控制（VF)也可以应用到新的控制方案。该 dpc-svm 使用闭环功率控制和空间矢量调制器（向量）显示在图 2.3。命令的无功功率（设置为零的单位功率因数运行）和（交付从外部 pi-dc 电压控制器）有功功率设定值进行比较，分别估计和磷值（充分估计过程是在图 2.4） 。误差传递到控制器，其中的变量是直流的数量，因此，稳态误差消除。输出信号从控制器改造后的描述为： 中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 第 7 页 共 18 页（2-10）其中（2-11）用于开关信号生成的空间矢量调制技术（SVM）图 2.3 DPC-SVM 方案 中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 第 8 页 共 18 页3 仿真结果研究运作的 dpc-svm 系统不同线路条件，该整流器的整个控制方案已模拟使用的 SABER 软件。主要电气参数的功率电路与控制数据给出的表 1 中。图 3.1 pc-svm 估计方案 仿真研究已完成与四个主要目标铭记：1）解释和展示的稳态运行该 dpc-svm 与一个纯粹的正弦（图 3.2）和扭曲的 5% 的 第五次谐波电压供应线（图 3.3） ；2）提出了动态性能的直接动力控制（图 3.4） ；3）提出启动脉冲整流器（图 3.5） ；4）提出了新的线电流的函数第五次谐波和电压不平衡（图 3.6） 。DPC-SVM 提供正弦线电流（图 3.2- 3.3）和低总谐波失真的理想（电势线电流=2.1%）以及扭曲（电势线电流=2.4% ）线电压。这是由于低通滤波器行为的集成商使用均衡器 5。因此，每一个 谐波功率估计（ ）和音频载体的角度减少因子之流，此外，计算了线电流导数是消除（ ） 。这保证功率估计算法非常强大的电压和电流噪声（ ） 5。良好的动态行为下的一步变化的负荷是在图 3-3。之间的耦合有功和无功功率几乎是不可见的。 中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 第 9 页 共 18 页表 1图 3.2 模拟的基本信号波形与线电流谐波频谱下纯粹的正弦电压 dpc-svm：从顶部：电压，电流，瞬时有功和无功功率，谐波谱线电流（THD=2.1%） 中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 第 10 页 共 18 页图 3.3 模拟的基本信号波形下的扭曲（5%的第五次谐波）线电压从顶部：电压，电流，和谐波谱线电流。 （THD=2.4%）图 3.4 下一步的基本信号波形的模拟负载的变化从顶部：电压，电流，瞬时有功和无功功率，谐波谱线电流。 中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 第 11 页 共 18 页图 3.5 启动脉冲整流器图 3.6 第五谐波的电压平衡 中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 第 12 页 共 18 页4 实验结果实验室设置（图 4.1）由商业丹佛斯变频器青 5000 系列（5.2）控制的ds1103 板插入到一个 pc-pentium 和电阻为负载的混合 riscdsp 数字控制器的微处理器（powerpc604e-333 TMS 320 F 240-赫兹）和四的高分辨率模拟到数字（广告）转换器（0.8-12 位）提供一个非常快速的处理浮点运算。稳态运行dpc-svm 大大扭曲线电压，如图 12 所示。dpc-svm 提供正弦电流和低总谐波失真。下一步的动态行为负载的变化显示在图 4.2 和图 4.3。图 4.1 配置的实验室设置 中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 第 13 页 共 18 页图 4.2 实验波形扭曲线路电压 dpc-svm从顶部：电压，电流（iondiv）和谐波谱线电流（THD=2 , 6%） 。图 4.3 短暂的一步变化的负荷在 dpc-svm负荷增加从顶部：线电压，电流（londiv） ，有功和无功功率。 中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 第 14 页 共 18 页图 4.4 短暂的一步变化的负荷在 dpc-svm负荷增加从顶部：直流电压，线电流。 中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 第 15 页 共 18 页5 结论一个电压传感器直接功率控制与空间矢量调制（dpc-svm）的三相 PWM 压型整流器介绍。该 dpc-svm 系统构成一个可行的替代传统的控制策略，它具有以下的特点和优势：1）无电压传感器是必需的；2）抗噪声功率估计算法，容易在数字信号处理器的实现；3）控制算法简单， （可在廉价的单片机如颅 2406） ；4）较低的采样频率（常规技术） 。坐标变换和解耦有功和无功电流是不需要的；5）无电流调节回路；6）良好的动力学；7）正弦电流（高） ，为了理想和扭曲的线电压；8）恒定开关频率（简单的微观设计过滤器）的应用；9）先进的支持向量机的开关策略损失可以实现6。 中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 第 16 页 共 18 页致 谢作者很感谢波兰科学基金会给予他奖学金，帮助他进行学术研究。 中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 第 17 页 共 18 页参考文献1 Duarte J.L., Van Zwam A., Wijnands C., Vandenput A.:Reference framesfit for controlling P WM rectifiers, IEEE Trans. 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