【文章內(nèi)容簡介】 ????????????????????????????pqpdpcpbpauuuuu????120s i n120c os120s i n120c oss i nc os32?????? (24) 三相交流電流 ia、 ib、 ic與經(jīng)坐標(biāo)變換得到的電流空間矢量 i 的兩個(gè)分量 id、 iq之間的關(guān)系為 ： ? ? ? ?? ? ? ? ??????????????????????????????????qdcbaiiiii 120s i n 120 c o s120s i n 120 c o ss i nc o s32?????????? (25) 由式 (23)～式 (25)求出 ea、 upa、 ia，然后代入式 (21)，可得 到： qdddpd LiRidtdiLEu ????? (26) dtdiLRiLiu qqdpq ???? ? (27) 式 (26)、式 (27)表示在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中調(diào)制電壓 upd 、 upq 與交流電源的電壓空間矢量的幅值 Ed 、電dqEd( E )aiφupup qθ0ωup d ?安徽理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 流有功分量與無功分量之間的關(guān)系 。 電流開環(huán)、電壓閉環(huán)控制系統(tǒng) 根據(jù)式 (26)、式 (27)可建立直流電壓 ud閉環(huán)、電流開環(huán)的 PWM整流器的系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)如圖 25 所示。 RSL ?L??RSL ??tg*di*qi++++dE *pdu+ qE+矢量運(yùn)算S P W M調(diào) 制A U R同 步 電 路*du du*pqu*pduup a*up b*up c*+電 壓 檢 測~UdUd檢 測?L? 圖 25 電壓閉環(huán)、電流開環(huán)的 PWM 整流器系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu) 若作為整流器使用，希望直流輸出電壓 ud穩(wěn)定，因此采用 ud閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)。電壓調(diào)節(jié)器AUR 采用 PI 調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器的輸出量表示期望的交流電流有功分量 id*。無功分量期望值 iq*取決于期望的功率因數(shù)角 φ *。 若 φ *=0， iq*=0， 由式 (26)、式 (27)的運(yùn)算可得到在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的調(diào)制電壓 upd*、 upq*，經(jīng)矢量運(yùn)算得到三相調(diào)制電壓期望值 upa*、 upb*、 upc*，再經(jīng)正弦波脈寬調(diào)制電路，得到六相調(diào)制脈沖，去驅(qū)動 六個(gè)橋臂的開關(guān)器件。 電壓閉環(huán)、電流閉環(huán)控制系統(tǒng) 電壓閉環(huán)、電流閉環(huán)控制的整流器結(jié)構(gòu)如圖 26 所示。 id、 iq檢測環(huán)節(jié)的原理是通過檢測三相交流電流 ia、 ib、 ic，經(jīng) 3/2 變換，旋轉(zhuǎn)變換得到 id、 iq。 3/2 變換矩陣見式 (28) ??????????????????????????????????iicbaiii232302121132?? (28) 旋轉(zhuǎn)變換矩陣見 (29) c o s s i ns i n c o sdqi ii i????????? ??????? ??????? ???? (29) ACDR調(diào)節(jié)器是調(diào)節(jié) id的，采用 PI 調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器的輸出量 upd1*。 ACQR 調(diào)節(jié)器是調(diào)節(jié) iq的，亦采用 PI調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器的輸出量 是 upq1*。為提高系統(tǒng)的跟隨性能和抗擾性能，增加前饋控制環(huán)節(jié)。 Ed、 ω Liq、 ω Lid為前饋控制量。 安徽理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 A C D RA C Q RL? L?*di *qi + dE+矢量運(yùn)算S P W M調(diào) 制A U R同 步*dudu *pqu*pduup a*up b*up c*+id 、iq檢 測~UdUd檢 測?E d 檢 測idiqia , b , c*?tgL++ 圖 26 電壓閉環(huán)、電流閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 電壓閉環(huán)、電流開環(huán)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是不要檢測交流電流、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、存在的缺點(diǎn)是電流有功分量 id、無功分量 iq的響應(yīng)比較慢，影響整流器的動態(tài)抗擾性能。采用電流閉環(huán)系統(tǒng)可克服上述缺點(diǎn)。 ? 的物理概念及檢測 在矢量運(yùn)算中，需要用到交流電壓空間矢量 E相對于 a相繞組軸線 的空間位置角 ? 。根據(jù)電壓空間矢量的概念， ? 就是交流電源的相位角 wt 。 由式 (23)可得 ： ? ?qda EEe ?? s inc os32 ?? 因?yàn)?， , EEd ? wtEEeama c osc os32 ?? ? (210) 式中， E — 三相交流電源合成的電壓空間矢量幅值； amE — a 相電源、電壓幅值。 由式 (24)可得 ： ? ? ? ?? ? ? ???????????????????????????tuuuuuuupppppqpdpac o s32c o s32s i ns i nc o sc o s32s i nc o s32(211) 式中， pu — 三相調(diào)制電壓合成的電壓空間矢量的幅值。 顯然， upa比 ae 滯后 ? ，這與幅相控制理論是吻合的。 0?qE安徽理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 當(dāng)采用式 (24)計(jì)算三相調(diào)制電壓的期望值時(shí)， ? 的起算點(diǎn)應(yīng)是 a相電源電壓的峰值處 ，據(jù)此，設(shè)計(jì)的 ? 檢測電路如圖 27 所示。 UG的正跳為 ? 的起始點(diǎn)。經(jīng)軟件鎖相后，定時(shí)給出 ? 角的值。 ua c1 u F+ 1 5 V 1 5 V5 VFGA D C I N 0 02 K2 K 圖 27 θ 檢測電路及波形分析 Ed的物理概念及計(jì)算 在矢量運(yùn)算中，需用到電壓空間矢量的幅 E及 E 在 d軸上的分量 Ed。 由于 d軸與矢量 E重合， Ed=E， Eq=0。由式 (212)可得 ： avmm EEUE ??? (212) 無功動態(tài)補(bǔ)償系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 安徽理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 C3 s / 2 rP IQ 計(jì) 算P 計(jì) 算E 、 θ 計(jì) 算E d 、 θ計(jì) 算C2 r / 3 sW LW LA U RA C RA C RP W M調(diào)制C3 s / 2 r電 壓互 感 器Ud 檢 測負(fù) 載1 0 K V電 壓互 感器Ud*Udiq*iqUp b*Up c*Up a*E dUp d*idid*UdiaibicθiqidθiDiPQ*EiAiBiC……??tanUp q* 圖 31 無功動態(tài)補(bǔ)償系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 整個(gè)無功動 態(tài)補(bǔ)償系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如 圖 31 所示， 主要可以分為 3個(gè)部分： SVG靜止無功發(fā)生器主電路控制部分、無功補(bǔ)償控制器部分以及 LC 濾波部分。 1） LC濾波部分： 由于電力系統(tǒng)的負(fù)荷大部分是感性負(fù)荷 ,且電力系統(tǒng)的用戶存在著大量無功功率頻繁變化的設(shè)備，如軋鋼機(jī)、電弧爐、電氣化鐵路等，導(dǎo)致電網(wǎng)產(chǎn)生大量的無功功率，并出現(xiàn)嚴(yán)重的電網(wǎng)諧波污染。 因?yàn)?本課題是三相負(fù)載，所以主要對 113 次的諧波進(jìn)行抑制，由于這 1 13次的諧波所占的能量對整個(gè)諧波來說，已經(jīng)占據(jù)了絕大多數(shù)，因此應(yīng)該采取措施對這幾種高次諧波進(jìn)行抑制。 通過 LC 諧波濾波安徽理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 器不僅可以濾除大部分的諧波，而且還可以對電網(wǎng)的無功功率進(jìn)行補(bǔ)償，能夠達(dá)到總補(bǔ)償無功功率的 40%。 2）無功補(bǔ)償控制器部分：補(bǔ)償控制器的作用是根據(jù) 電壓檢測、電流檢測電路以及同步電路，由一系列運(yùn)算得出 電力系統(tǒng)的瞬時(shí) 有 功功率 P和 瞬時(shí)無功功率 Q，再由 期望的功率因數(shù) ??cos ，求出應(yīng)有 的無功功率 ?? ? ?tanPQ ?，F(xiàn)有的瞬時(shí)無功功率 Q 為負(fù)載無功與濾波器已補(bǔ)償?shù)娜菪詿o功合成。以為 ?Q 給定，而實(shí)際無功為反饋信號，構(gòu)成閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng) ,調(diào)節(jié)器采用 PI 調(diào)節(jié)器，輸出量為無功發(fā)生器 SVG 的無功電流期 ?qi ，可實(shí)現(xiàn)無靜差調(diào)節(jié)。 3） SVG靜止無功發(fā)生器主電路控制部分： SVG靜止無功發(fā)生器承擔(dān)著總無功補(bǔ)償容量的60%。通過對變壓器低壓側(cè)的電壓、電流的檢測和對 SVG 直流側(cè)電容 C兩端電壓的檢測，并通過 同 步檢測電路 ，將測得的數(shù)據(jù) 送到 DSP的 AD接口 ,在 DSP內(nèi) 經(jīng)過一系列的計(jì)算，送入到 PWM 脈沖發(fā)生器，由此產(chǎn)生合適的 6 脈沖， 由 IGBT 驅(qū)動電路 進(jìn)入到靜止無功發(fā)生器（ SVG） ,而 SVG則根據(jù)進(jìn)入的脈沖產(chǎn)生合適的無功功率， 從而 對系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)的無功補(bǔ)償。 總之， 當(dāng)負(fù)載電路中感性無功過大的時(shí)候，則諧波濾波器中會產(chǎn)生容性無功對其補(bǔ)償。如果諧波濾波器的容性無功小于感性負(fù)載產(chǎn)生的感性無功時(shí)，則 SVG 通過檢測電路回饋的信號，會產(chǎn)生容性無功進(jìn)行補(bǔ)償；如果諧波濾波器的容性無功大于感性負(fù)載產(chǎn)生的感性無功時(shí)，則 SVG 通過檢測電路回饋的 信號，產(chǎn)生感性無功進(jìn)行補(bǔ)償 ，以保證感性無功和容性無功二者的平衡 。 無功動態(tài)補(bǔ)償策略 在三相對稱電路中，各項(xiàng)電壓、電流均為對稱，功率因數(shù)也相同。三相電路總的功率因數(shù)就等于各相的功率因數(shù)。在三相電路中，影響功率因數(shù)的因素除電流和電壓的相位差、波形畸變外，還有一個(gè)因就是三項(xiàng)不對稱。三項(xiàng)不對稱電路的功率因數(shù)至今沒有統(tǒng)一的定義，有一種定義方式： (31) 式（ 31）中，各相的 S 為其電流與各相 到人為中點(diǎn)電壓的乘積?？梢钥闯黾词谷喽际请娮柝?fù)載，只要三相不對稱，功率因數(shù)仍小于 1。 傳統(tǒng)的無功功率概念是定義在平均基礎(chǔ)上的。在單相正弦電路或三相對稱正弦電路中，功率理論比較完善，各種概念很清晰。 作為 無功動態(tài)補(bǔ)償?shù)姆绞街?，平均補(bǔ)償方式正是基于這種理論而進(jìn)行的，根據(jù)平均的P、 Q 期望的平均功率因數(shù)，確定 ?Q ，保證在一個(gè)提升周期中的平均功率因數(shù)達(dá)到期望值。 而 另一種補(bǔ)償方式為瞬時(shí)動態(tài)補(bǔ)償，根 據(jù)瞬時(shí)無功功率 Q，有功功率 P，期望功率因數(shù)，確定瞬時(shí)的無功的瞬時(shí)期望 ?Q ，以保證瞬時(shí)的 cos? =，本文采用的是第一種平均補(bǔ)償方式。 無功動態(tài)補(bǔ)償需求量的計(jì)算 本設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是對礦井提升機(jī)進(jìn)行動態(tài)無功補(bǔ)償，其中整個(gè)系統(tǒng)的 NP =1250KW,負(fù)??? SP?安徽理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 載的整流變壓器 NS =1600KVA，另外速度與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系如圖 32，根據(jù)有功 功率的計(jì)算公式： （ 32） 式（ 22）中的 V為提升機(jī)的速度， eNT 為提升機(jī)的轉(zhuǎn)矩，而 P為有功功率。已知 NP =1250KW，整流變壓器 NS =1600KVA，則根據(jù)已經(jīng)給出的圖 32可有如下計(jì)算： 1）有功功率： 在提升機(jī)的加速階段： 10P =10KW 11P =? eNT ? 2V = NP =1625KW 其中 10P 為加速階段剛開始時(shí)的有功功率， 11P 則是加速階段結(jié)束時(shí)的有功功率，而 2V 是等速段時(shí)的提升機(jī)的速度。 在等速段中： 2P = eNT ? NP = NP =1125KW 2P 是等速段中的有功功率。 在減速段中： 30P = 30eNT ? 30V == NP 225KW 31P = 30eNT ? 4V = eNT ? 2V = NP =9KW 其中 30P 為減速段剛開始時(shí)的有功功率，則 31P 是減速段結(jié)束時(shí)的有功功率，而 30eNT 是 減速段時(shí)的轉(zhuǎn)矩