三相电压型pwm整流器直接功率控制系统的仿真研究

三相电压型pwm整流器直接功率控制系统的仿真研究

0基于dm整流器的直接功率控制dpc由于vm通流器具有双向能量流动、恒定电压压控制、低波形输入电压和单位因素的优点，因此在工业中得到了广泛应用。现行的电压型PWM整流器控制策略为电流控制策略,其控制系统结构为直流电压外环、交流输入电流内环的级联结构,并需PWM调制模块和复杂的算法。对此,本文研究PWM整流器的直接功率控制(DPC)策略。DPC系统结构为直流电压外环、功率控制内环结构,根据交流源电压及瞬时功率在预存的开关表中选择整流器输入电压的控制开关量,实现高性能整流。对此先介绍三相电压型PWM整流器DPC系统的组成原理,再利用Simulink构成仿真模型,研究电压型PWM整流器直接功率控制性能。1组件和dpc系统的组成和原理1.1sa,sb,sc,sj,urb三相电压型PWM整流器主电路如图1所示,图1中ua,ub,uc为三相对称电源电压;ia,ib,ic为三相线电流;Sa,Sb,Sc为整流器开关管的开关信号,Sj(j=a,b,c)=1(上桥臂开关管导通,下桥臂开关管关断),Sj=0(下桥臂开关管导通,上桥臂开关管关断);Udc为直流电压;R,L为滤波电抗器的电阻和电感;C为直流侧电容;RL为负载;Ura,Urb,Urc为整流器的输入电压;iL为负载电流。三相电压型PWM整流器在αβ坐标系下的数学模型1.2u3000开关保持和u文献中介绍了DPC系统组成,采用了无电压互感器方案,这种方案虽然简化了硬件,但影响系统的性能;文献中DPC系统采用电压互感器方案,获得了良好的性能。因此文章采用有电压互感器方案,见图2。图2中略去R的影响。瞬时有功与无功功率根据检测到的电流ia,ib,ic及ua,ub,uc进行计算,得到瞬时有功和无功功率的估算值p,q及三相电压ua,ub,uc在固定αβ坐标系中的uα,uβ。p和q与给定的pref和qref比较后送入滞回比较器输出Sp,Sq开关信号,pref由直流电压外环设定,qref设定为0,以实现单位功率因数。uα,uβ送入扇形选择器输出θn信号。根据Sp,Sq,θn在开关表中选择所需的Sa,Sb,Sc,去驱动主电路开关管。(1)功率计算及Sp、Sq确定采用瞬时有功功率为电压矢量与电流矢量的标量积,瞬时无功功率为电压矢量与电流矢量的矢量积,则p、q按下式计算Sp、Sq按下列规则确定式中Hp、Hq为有功和无功功率滞回比较器的滞回宽度,Hp、Hq决定了功率控制精度,亦决定了开关频率。为实现电源电压空间矢量位置的选择,由uα,uβ确定u的幅角,根据θ确定u的位置。为优化整流器输入电压矢量把输入空间分为12个扇区,θn由确定,n=1,2,…,12。(2)开关表的确定开关表是根据式(3)及θn确定DPC系统所需的开关状态,即Sa、Sb、Sc的取值。Sa,Sb,Sc的取决于所需的ur;ur为离散值U0,U1,٠٠٠,U7,其值由Sa,Sb,Sc及Udc决定,即SaSbSc=000~111对应于U0~U7,即U0(000),U1(100),U2(110),U3(010),U4(011),U5(001),U6(101),U7(111),其分布如图3所示。设u在θ1(–30º≤θ≤0º)区域,Ir为与pref相应的电流矢量,当i=I时,I滞后并小于Ir,p<pref,q>qref,即Sp=1、Sq=0,则选择ur使i趋近于Ir,亦p趋近于pref、q趋近于qref。由式(3),略去R的影响,可得式(6)中,i(0)=I,当ur选择U6(101)时,i将沿着u-ur方向趋近Ir,则确定SaSbSc=101。i在其他位置可同样进行分析。另外,适当的引入零空间矢量U0(000)或U7(111),可增加功率传输能力。于是得到开关表见表1。2simulain环境仿真根据式(1)~式(5)、表1,按着图1构建了三相电压型PWM整流器直接功率控制系统基于MATLAB/Simulink环境下的仿真模型。仿真参数:Ua=Ub=Uc=85V,电源频率f=50Hz,L=4mH,R=0.1Ω,C=2200µF,RL=10Ω,Udcref=200V,ILN=20A。在Simulink环境下的仿真模型对系统进行了仿真,从启动暂态到稳态的仿真结果如图4所示;由图4(a)可知,ia经历两个周期(40ms)的暂态后进入稳态,稳态时ua与ia同相位,且ia非常接近正弦波;由图4(b)可知,直流输出电压udc经历4周期进入稳态,即稳定在给定值udcref;由图4(c)可知,p经历4周期进入稳态,即稳定在给定值pref,q经历1.5周期进入稳态,即稳定在给定值,并接近于0。从图4(a)、图4(c)可以看出,相电流非常接近正弦波,网侧功率因数非常接近于1。作者对系统稳态时受负载电流冲击进行了仿真,结果ia在受80A负载电流(为额定负载电流的4倍)的短时冲击及受10A轻载电流短时影响后经过暂短调节恢复到原来稳态值。3直接功率控制模块(1)DPC系统功率环只对瞬时功率标量值进行动态比较,只利用预存好的开关表,将功率及时调整到给定值;从而实现高功率因数、低谐波干扰、动态性能好;同时具有结构和算法