PWM整流器中相序调整的新方法

 

　　1 引言

　　2 PWM 整流器的数学模型及控制策略

　　2.1 PWM 整流器的基本结构

　　图1 示出三相VSR 主电路结构。可见，该电路由交流侧三相电感、三相全控桥、直流侧滤波电容组成。当VSR 正常工作时，通过PWM 波控制开关管的关断顺序，实现能量的双向传输。

　　图1 三相桥式电压型PWM 整流器

　　桥臂上下两个功率开关管的导通是互补的，即上桥臂开关管导通时，对应的下桥臂功率开关管关断，其相应的逻辑开关函数为：

　　

 

　　2.2 数学模型及控制策略

　　设定电网电压为：

　　

 

　　式中：uao,ubo,uco分别为交流侧a,b,c 与电源中点o 间的电压;Up为峰值电压。

　　由式(1)可得出三相静止坐标系下的开关函数数学模型为：

　　

 

　　式中：ia,ib,ic为交流侧电流;Udc为直流侧的负载电压。

　　为判别相序，将三相电压转换成线电压。根据Clarke 变换，将a,b,c 坐标系转换为α，β 坐标系：

　　

 

　　式中：uab,ucb分别为线电压，且以b 相为参考点;uα,uβ,iα,iβ分别为α，β 坐标系中的电压和电流。

　　根据Park 变换，将α，β 坐标系转换为两相旋转d,q 坐标系：

　　

 

　　式中：ud,uq,id,iq分别为d,q 坐标系中的电压和电流;θ=2πft,f 为电网频率，0≤t≤Tuα,Tuα为uα的周期。

　　经过以上变换后，在d,q 坐标系中的三相电压型PWM 整流器的数学模型为：

　　

 

　　令交流侧电压矢量在d,q 轴上的分量分别为upd=UdcSq,upq=UdcSd.在式(6)中，d,q 轴变量互相耦合，因而不能对其电流进行单独控制。通过id,iq的前馈解耦控制，对ud,uq进行前馈补偿，并且采用电流预测法对电流环进行控制，方程如下：

　　

 

　　式中：id* 为电压环PI 的输出值;iq*=0.

　　将第k+1 次采样周期时输入电流的采样值，用给定值id*(k+1)，iq*(k+1)来代替，计算出符合电流变化的输出电压矢量。在PWM 中运用空间矢量法合成输出电压矢量，使下一次采样时刻的实际电流以最佳特性跟随下一时刻的参考电流。

　　控制系统的电压外环采用PI 调节器，其输出得到三相参考电流幅值基准i*,i* 就是d,q 旋转坐标系下的电流给定值id*(k+1)，iq*(k+1)。只要在开关周期内实现式(7)，即可实现电流无差拍控制。