【《三相VIENNA控制系统模型与控制策略分析案例》2000字】

三相VIENNA控制系统模型与控制策略分析案例1.1三电平电压矢量空间普通三相全硅半桥开关整流器就是由六个三相开关整流元件连接构成的三相整流半桥。000、111两种开关状态时所需要产生的开关电流分别固定为零,称之为一个零向量。剩余6种方式启动控制开关的工作状态均被认为有效。当我们想要合成某一个基本向量时先将这一个基本向量分解出来得到离它最近的两个基本向量,由于在进行这样的处理时,合成出来的驱动波形与PWM很相似。因此我们也称它PWM,又因为这种PWM都是基于电压空间的矢量去进行合成的,所以我们称它SVPWM。z11/cdbucuaOOO/POOONN22/cd/PPOOON33/cd44/cd55/cd66/dc/OPONON/OPPNOO/OOPNNO/POPONOPNNPONPPNONPNPNNPONNPNOPNNPONPPNPPNO1a2a3a4a5a6a1b2b3b4bb6b123456图3-1三电平整流器空间电压矢量图参考电压矢量空间区域的划分与判断在我们需要判断两个不同电压梯度向量的一个等价空间合成区域时,首先我们可能需要通过判断由uβuα两个不同电压梯度向量的等价合成在该空间区域中的两个电压梯度向量等于urefee所在的一个空间区域,假定两个电压向量等价合成的两个电压梯度向量都可以是一个落在第i或i个扇区,可知它们的两个等价合成条件可以分别为:0<arctan(uβ/uα)<60º

以上的值在等价计算条件下,再通过分析结合随机矢量图的各种几何矢量关系结果进行随机分析,就已经能够准确地直接判断出并得出一个随机合成的直流电压变化矢量。Uref落在第X扇区的充分必要条件,得出下表3-1：扇区落在此扇区的充要条件I Uα>0，Uβ>0且Uβ/Uα< 3Ⅱ Uα>0，且Uβ/|Uα|> 3ⅢUα<0，Uβ>0且-Uβ/Uα< 3ⅣUα<0，Uβ<0且Uβ/Uα< 3Ⅴ Uβ<0且-Uβ/|Uα|> 3Ⅵ Uα>0，Uβ<0且-Uβ/Uα< 3如果进一步的分析，参考电压向量Uref所在的扇区完全由Ua，3√3Ua-Up+，-3√3UaUp因此令：（3-1）可以清楚地由此看出,虽然其中a,b,c之间总共可以有八种扇区数字组合,但从下列两个公式中我们足以可知,由于其中a,b,c之间的扇区数字组合不会分别同时使它变成1或者它也同时不会变成0。表3-2N值与扇区对应关系N315462扇区号ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ采用上述方法，只需经过简单的加减及逻辑运算即可确定所在的扇区，非常的简洁高效。矢量作用时间计算实际上，只要充分利用Uα和Uβ就可以使计算大为简化。以Uref在第一个扇区中作为一示例根据生成如下示意图的所有图示图3-2电压空间向量在第Ⅰ区的合成与分解（3-2）经过整理后得（3-3）（3-4）表3-3各扇区基本空间矢量的作用时间扇区时间I3333TUTsdcs6=U1dcTN4=KsvPWMU2′TN6=KsvPWMU1′TN4=TNxTN6=TNyⅡT2T63T= sU2Udc=3TsU3UdcTN2=KsvPWMU2′TN6=KsvPWMU3′TN2=TNxTN6=TNyⅢT2T3=3TsU1Udc=3TsU3UdcTN2=KsvPWMU1′TN3=KsvPWMU3′TN2=TNxTN3=TNyⅣT1T3=3TsU1Udc=3TsU2UdcTN1=KsvPWMU1′TN3=KsvPWMU2′TN1=TNxTN3=TNyⅤT1T5=3TsU3Udc=3TsU2UdcTN1=KsvPWMU3′TN5=KsvPWMU2′TN1=TNxTN5=TNyⅥT4T5=3TsU3Udc3T= sU1UdcTN4=KsvPWMU3′TN5=KsvPWMU1′TN4=TNxTN5=TNy1.2VIENNA整流器的SVPWM控制算法由于图3-3，可以直接得到一个曲线合成的无源电压电流向量最高也最低不会直接超越如图右下图中所示的一个正六角四边形的最小边界。而且如果发现当一个合成的电路向量边界落点放在了该向量边界之外时,将可能会对合成电路信号进行一次性的调制,其中的幅值调制公式所示为:32×23Udc=33Udc，即逆变器输出的不失真最大正弦相电压幅值为33Udc图3-3SVPWM模式下电压矢量幅值边界当一个调制合成的输出电压通过向量调制端点已经掉到了正六个四边形和外部连接同心圆之间的一个圆形中心线上,已经不断发生了一次向量调制,输出的合成电压将来也会因此而不断发生一次失真,必须对这一次调制进行过向量调制的失真处理,发生了一次过量的调制。输出的输入信号和输出波形质量可能会因此而导致出现严重的输出信号质量失真,需要及时对其采取以下的保护措施:设将一个称为电压梯度向量的两个端点函数返回并得到内切圆内时两个非零的电压矢量相互作用的连续时间分别可以是为'Tnx',Tny',则它们具有一定的时间比例代数关系:（3-5）因此可用下式求得TNx'，TNy'，TN0，TN7：（3-6）运算与比较器之间的关系公式如下：（3-7）如上图3-4即为传统SVPWM控制算法的调制过程框图。电流电压采样输入电流矢量电流电压采样输入电流矢量判断电流矢量位置，得到所在区间判断期望电压位置，电压空间矢量平面划分为24个区域确定作用矢量及作用时间输出PWM波计算得到期望电压矢量变换至两电平平面图3-4传统VIENNA整流器SVPWM调制方法框图1.3电压电流双闭环控制系统设计电压和模拟电流双闭环控制电路系统原理当电路处于电压稳流器的运行正常工作的电流状态时,关闭一个模拟电压开关环,加入一个模拟电流开关环,通过对处于电流双闭环的vvpid两个调节器分别进行模拟输出电压赋值,使vvpwm两个调制器之间能够同时产生一个模拟数字电流脉冲,控制mosfet管的一个电流开关工作状态,从而真正实现电压稳流器的运行工作目的。图3-5电压电流双闭环控制结构原理图SVPWM控制算法是通过变换到dq坐标系下完成的。我们知道电网的总功率等于无功功率和有功功率之和即P总=P+Q，并且一般情况下，无功功率Q可以取0.因此VIENNA整流器的输入的有功和无功功率如下：（4-10）由上式可知，iqref要恒等于0.通过PI算法可得：（4-11）由2.2.2可知，VIENNA整流器的输入电压为：（4-12）将上式经过dq变换后可得：（4-13）将上式代入（2-16）化简整理得：（4-