三相整流器直接功率控制方法研究

隋广洲;弓满锋

【摘 要】根据直接功率控制原理,分析了瞬时有功功率和无功功率对于三相PWM控制系统的作用,并根据坐标变换理论得到了瞬时有功功率和无功功率.另外,为了减少误差,在瞬时有功功率分析中引入了电流补偿.最后根据传统的开关表对系统进行控制.仿真结果进一步说明了所用方法的合理性和有效性.%Basing on the control principle of direct power,the influence of the instantaneous active power and reactive power on the three phase PWM control system is

analyzed,and the instantaneous active power and reactive power according the coordinate transformation theory is obtained.Furthermore,in order to reduce errors,the current compensation was introduced in the analysis of the instantaneous active power.Finally the traditional switching table was used to control the system.The simulation results further indicate this method is reasonable and valid. 【期刊名称】《湛江师范学院学报》 【年(卷),期】2011(032)003 【总页数】4页(P60-63)

【关键词】PWM整流;直接功率控制;瞬时功率 【作 者】隋广洲;弓满锋

【作者单位】湛江师范学院物理科学与技术学院,广东湛江524048;湛江师范学院物理科学与技术学院,广东湛江524048

【正文语种】中 文 【中图分类】TM461

三相PWM控制技术由于其具有网侧电流正弦、功率因数高、能量双向流动、输出直流电压稳定的特点被广泛应用于整流器控制策略当中.而功率因数为单位功率因数、输出电压稳定为其要实现的控制目标,控制对象为控制输入瞬时电流.目前三相PWM控制策略主要有直接电流控制、间接电流控制、非线性控制以及基于模糊控制理论和基于神经网络的智能控制策略.直接功率（direct power

control,DPC）是非线性控制策略的一种,最初由日本学者Tokuo Ohnishi等人提出,基本思想是通过控制交流侧的瞬时有功功率和无功功率进而间接控制交流侧瞬时电流,具有算法简单、动态响应快、控制方法简单、不受坐标变换影响、容易实现等优点,所以被广泛关注和研究[1-5].

本文首先建立主电路的数学模型,然后根据瞬时有功功率和无功功率与系统功率因数和输出电压的关系搭建了控制系统.最后通过明了系统的合理性和有效性. 1 三相PWM整流器的拓扑结构及功率控制原则

三相电压型PWM整流器主电路如图1所示,网侧为三相对称交流信号,各电压和电流如图所示.图中ea、eb、ec分别为电网相电压；ia、ib、ic为网侧交流电流；L为交流侧电感；iL为负载电流,UD为负载电压. 图1 三相电压型 PWM整流器主电路 由图可得：

在两相同步旋转坐标系 d-q下,（1）式可转化为：

其中：ed、eq、id、iq分别为网侧电压电流在坐标系d-q中的投影,sd、sq为d-q中的开关函数.

根据瞬时功率理论,电路交流侧瞬时有功功率 p和无功功率q在两相旋转坐标系d-q中[1]计算可得：

由图1从输出直流端可以得：

在忽略整流器元件功率损耗的前提下,如果要实现单位功率因数,则：

由式（4）、（5）知如果要实现输出电压UD稳定,则 p收敛.

所以控制目标为：使输入有功功率保持在稳定值,使输入无功功率保持为0. 2 直接功率控制方法 2.1 控制思想

直接功率控制的控制思想是设定两个参考量Sp、Sq,则：

当Sp=1（或Sp=0）时,表明输入瞬时有功功率大于（或小于）给定值,此时需要控制减小（或增大）p；同理,当Sq=1（或Sq=0）时,表明输入瞬时无功功率大于（或小于）0,此时需要控制减小（或增大）q. 2.2 直流反馈功率的确定

由式（5）可知,p’与负载 RL有关,但是在系统中负载一般不确定.所以无法直接引出进行控制,传统的做法是：

其中：a为正常数,U＊为理想输出电压.

但是这种做法存在较大的稳态误差,误差大小与负载和参数a的选取有关.

为解决这个问题,引入负载电流补偿[2],则：

式中b为正常数. 2.3 控制方法实现

直接控制对象为开关量sa、sb、sc.

这里选用传统的12扇区开关表[3,4,5]如表1所示.

表1 十二扇区通用控制开关Sp Sq Sa Sb Sc θ1 θ2 θ3 θ4 θ5 θ6 θ7 θ8 θ9 θ10 θ11 θ12 1 0 101 111 100 000 110 111 010 000 011 111 001 000 1 1 111 111 000 000 111 111 000 000 111 111 000 000 0 0 101 100 100 110 110 010 010 011 011 001 001 101 0 1 100 110 110 010 010 011 011 001 001 101 101 100

其中θ为由ed、eq确定的u的幅角：

控制电路如图2所示： 图2 PWM直接功率控制系统框 3 仿真结果分析

仿真所选用参数为：网侧电压为220 V,频率为50 HZ,电阻为0.1Ω,电感为1.6 m H,直流侧滤波电容C为3 000μF,b=0.01. 仿真结果如图3所示：

图3 PWM整流器输入输出仿真波形

根据仿真波形图图3（a）可以看出,电压电流同向,实现了无功功率为0,功率因数为1.由图3（b）图可以看到,输出电压稳定,并且响应时间不到0.02 s,最大超调量很小. 4 结论

在详细分析了PWM整流器的数学模型.在传统的控制电路基础上,引入了电流反馈环节以提高系统对参考瞬时功率的分析.通过仿真可以看出,该控制策略可以得到单位功率因数,以及比较稳定的输出电压,并且整个控制系统具有比较良好的动、静态特性.

【相关文献】

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