DQ变换的三相PWM整流器控制方案研究及仿真..docVIP

基于DQ变换的三相PWM整流器控制方案研究及仿真 浙江大学 陆熙 石健将 何湘宁 浙江大学电气工程学院 摘要：本文采用DQ坐标变换对三相电压型PWM整流器进行建模，在此基础上分析了相应的控制策略，并对其进行了仿真，给出了仿真结果。 关键词：DQ变换，控制策略，仿真 1 前言 传统的晶闸管或二极管整流器存在如下的缺点：输入电流谐波含量高；输入功率因数低；整流器效率低；交流侧电网电压畸变严重。而具有功率因数矫正的PWM整流器具有输入电流正弦化，谐波含量低，功率因数高等优点，已成为电力电子学研究的热点之一。 一般的三相PWM整流器通常采用直接的电压和电流双闭环控制方式，这样的控制用模拟电路实现简单，但难以建立起精确的模型，对控制环的参数设计也比较复杂。本文采用DQ坐标变换对三相电压型PWM整流器进行建模，将三相的平衡电量变为直流量，在此基础上给出了相应的控制策略，并对其进行了仿真，给出了仿真结果。 2 DQ坐标系下三相PWM整流器模型【1】 三相电压型PWM整流器的拓扑如图1所示： 图1 三相电压型PWM整流器 由图1已知，、、为三相输入电压源，为三相输入电流，为输出直流电流，为输出直流电压，L为三相的输入电感，为三相开关函数，，C为输出电容，R为负载。 对于三相电压型PWM整流器，有下列关系成立： （1） （2） 其中，，， 且。 （3） （4） 对照整流器拓扑，可写出交流侧的状态方程： （5） 另外，直流侧的方程如下： （6） 最后可以得到： （7） 其中， 由式（1）和（2）可得： （8） 其中，。 上式代入式（7）得到三相坐标系下的PWM整流器的模型： （9） 由模型可知，其中包含三相电量的交流分量，这对控制策略的精确设计增加了困难。 下面将用DQ坐标变换对此模型进行简化。 应用DQ坐标变换关系 及关系式，由上式（9）得到经DQ坐标变换后的三相PWM整流器模型： （10） 由上式即可得到DQ坐标系三相电压型PWM整流器模型的等效电路，如图2所示。 图 2 DQ坐标系三相电压型PWM整流器模型等效电路 在此模型下，所有的变量都已变为直流量，这样便于我们对控制环进行精确设计。 3 基于DQ变换的控制方案 上面我们得出了在DQ坐标系下的三相PWM整流器的等效模型，由此得出基于DQ变换的控制方案的流程框图，如图3所示。 图3 基于DQ变换的控制方案框图 此控制方案是将三相输入电流进行DQ坐标变换，得到直流电流反馈信号。为了实现调压目的，让去跟踪电压外环输出来的直流信号；为了实现高功率因数的目的，让尽量趋近于0，消除电流中的无功分量。下面分别对电压外环和电流内环进行分析。 3．1 电流内环分析 由上面可以看到，电流内环实际上是对直流量进行调解。为了更好的实现调压目的和高功率因数目的，让跟踪电压外环输出来的直流信号和趋近于0，电流环的调节器可采用PI调节器，由文献【2】得电流内环的PI控制原理框图，如下图3所示。 图3 电流内环控制原理框图 由此可得电流内环的传递函数： （11） 可见，这是个二阶系统，在实际的设计中，可借助仿真的工具来进行设计、调节。在设计中，的电流调节器应取的参数一样。 3．2 电压外环的分析 电压调节器做为外环调节，可以稳定输出的直流电压。根据文献【3】获得整流器系统输入电流和输出直流电压之间的传递函数：