三相PWM整流器研究 - 图文

优缺点。

本文主要研究基于(d，q)坐标系的固定开关频率PWM电流控制策略： 1）固定开关频率PWM电流控制算法简单，物理意义清晰。且实现较方便。 2）由于开关频率固定，因而网侧变压器及滤波电感设计较容易，并且有利于 限制功率开关损耗。

3）两相同步旋转坐标系(d，q)中的指令电流为直流时不变信号。

4）在两相同步旋转坐标系(d，q)中，电流控制方案易于有功和无功电流的 解耦控制。

2.1.2 三相VSR在dq坐标系下的直接电流控制

对于dq同步旋转坐标系，不考虑前馈解耦时的三相VSR固定开关频率PWM电流控制原理如图2-1所示。

图2-1 dq坐标系下三相VSR直接电流控制原理图

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?显然，电流指令id来自电压外环PI调节器输出，而且表示三相电流的有共分两；而

?电流指令iq则表示三相电流的无功分量，且可以独立给定，若是要求单位功率因数

运行，则可以将其给定设为0。在dq同步坐标系中，指令电流是直流信号；其电流内环PI调节器可以实现无静差控制，稳态性能好；在两相dq同步旋转坐标系中，易于有功电流和无功电流的独立控制，也即解耦控制。

2.2 三相VSR控制系统的设计

在三相VSR控制系统设计中，一般采用双环控制，即电压外环和电流内环。电压外环作用主要是控制三相VSR直流侧电压，而电流内环作用主要是按电压外环输出的电流指令进行电流控制。

2.2.1 电流内环控制系统设计

1）电流内环的简化

由前面叙述可以知道，三相VSR的dq模型可以描述为

?did?Ldt??Liq?Rid?ed?vd?di?q??Lid?Riq?eq?vq?L?dt?Cdvdc?3(is?is)?iddqqL?dt2?式中，ed、eq——电网电动势矢量Edq的d、q分量； vd、vq——三相VSR交流侧电压矢量Vdq的d、q分量； id、iq——三相VSR交流侧电流矢量的Idq的d、q分量。

???(2?1)

从三相VSR的dq模型方程式（2-1）可以看出。由于VSR的d、q轴变量相互耦合，因此给控制器的设计造成一定困难。为此，可以采用前馈解耦控制策略。当电流调节器采用PI调节器时，则vd、vq的控制方程如下：

vq??(KiP?KiI?)(iq?iq)??Lid?eqsKiI?)(id?id)??Liq?eds(2?2)

vd??(KiP?(2?3)

式中，KiP、KiI——电流内环比例调节增益和积分调节增益；

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?? iq、id——iq和id的电流指令值。

由此可以画出电流内环的解耦控制结构，如图2-2。

图2-2 三相VSR电流内环解耦控制结构

2）电流调节器设计

由于两电流内环的对称性，因而下面以iq控制为例讨论电流调节器的设计。考虑电流内环采样信号的延迟和PWM控制的小惯性特性，已经解耦的电流内环结构如图2-3所示。

图2-3 iq电流环结构

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图2-3中，Ts为电流内环电流采样周期，KPWM为桥路PWM等效增益。为简化分析，且将PI调节器传递函数写成零极点形式，即

KiP?KiI?s?1K?KiPi，KiI?iPs?is?i(2?4)

将小时间常数Ts/2、Ts合并，得到简化的电流环结构。如图2-4所示。

图2-4 无扰动且忽略R时的近似电流内环结构

由此可以按照典型Ⅱ型系统设计电流内环调节器，从图2-4得到电流内环开环传递函数为

Woi(s)?KiPKPWM?is?1?iLs2(1.5Tss?1)(2?5)

为了尽量提高电流响应的快速性，对典型Ⅱ型系统而言，可设计适当的中频宽

hi，工程上常取hi??i/1.5Ts?5。按照典型Ⅱ型系统参数设计关系有

KiPKPWMhi?1??iL2?i2(2?6)

解得

(hi?1)L6L?K??iP?2?iKPWM15TsKPWM??K6L?KiI?iP???i112.5Ts2KPWM?(2?7)

2.2.2 电压外环控制系统设计

三相VSR的电压环简化结构如图2-5所示。

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