【文章內(nèi)容簡介】 17。al端點由 B 點運動至 C 點的過程中，PWM 整流器需要從電網(wǎng)吸收有功和容性無功，PWM 整流器運行在整流狀態(tài)。當矢量端點運動至 C 點，Ia超前Ua，PWM整流橋的網(wǎng)側(cè)顯現(xiàn)純電容特性。當矢量端點由 C 點運動至 D 點的過程中，PWM 整流器需要從電網(wǎng)放出有功和吸收容性無功，PWM 整流器運行在逆變狀態(tài)。當矢量UaL端點運動至 D 點，Ua與Ia反相，PWM 整流橋的網(wǎng)側(cè)顯現(xiàn)負電阻特性。當矢量UaL端點由D 點運動至 A 點的過程中，PWM 整流器需要從電網(wǎng)放出有功和吸收感性無功，PWM整流器運行在逆變狀態(tài)。 三相 VSR 數(shù)學模型 三相 VSR 的一般數(shù)學模型 三相 VSR 一般數(shù)學模型就是根據(jù)三相 VSR 拓撲結(jié)構(gòu)，在三相靜止坐標系(a,b,c)中利用基爾霍夫電壓和電流定律，對 VSR 建立一般數(shù)學描述。假設電網(wǎng)電動勢為三相對稱正弦波，網(wǎng)側(cè)電感為線性電感。三相PWM 整流器拓撲結(jié)構(gòu)如圖中 26 所示。Ea ，Eb和Ec為三相對稱電源相電壓，ia，ib 和ic 為三相相電流，Udc為直流側(cè)電壓， L 為交流側(cè)濾波電感， R 為電感及關(guān)開管的等效電阻，VT1至VT6 開關(guān)管組成三相 PWM 整流橋。為分析方便，定義開關(guān)函數(shù), 為： 圖 三相 VSR 拓撲結(jié)構(gòu)由基爾霍夫電壓定律寫出三VSR電壓方程:由基爾霍夫電流定律得： 三相 VSR dq 模型 在三相電壓型變流器中，交流側(cè)的電壓和電流都含有三個分量，這給系統(tǒng)的控制帶來難度，考慮到相電壓和相電流分別滿足約束條件：Ea+Eb+Ec=0和Ia+Ib+Ic=0,一般地，設矢量： V的三個分量滿足約束條件：Va+Vb+Vc=0 ,下面對向量V進行一般性研究進行。Va+Vb+Vc=0 實質(zhì)上在三維歐氏空間定義了一個子空間Χ。定義abc坐標系到dq坐標系的變換矩陣為CroC23，對abc標系的任一矢量： 其在dq坐標系的象為,即： 上述變換稱為： abc → dq變換 abc →ab變換 定義abc坐標系到ab坐標系的變換矩陣為Cab，對abc坐標系的任一矢量: 其在ab 坐標系的象為:,即:上述變換稱為： abc→ab變換。 VSR dq 模型的建立上式中相電壓、相電流以及開關(guān)量都是三維矢量，可用 abc → dq變換將變換成二維矢量，即：則：由以上兩式得：上式兩邊右乘得：將其寫成頻域中的形式為： VSR 的 dq 模型見圖 所示。圖 三相 VSR 的 dq 模型 三相電壓型 PWM 整流器的控制 常用控制方法 為了使三相電壓型 PWM 整流器運行在單位功率因數(shù)狀態(tài)，可以有多種控制方法。根據(jù)有沒有引入交流側(cè)電流反饋可分為兩種，引入交流側(cè)電流反饋的稱為直接電流控制，沒有引入交流側(cè)電流反饋的稱為間接電流控制。直接電流控制，是根據(jù)交流側(cè)電壓電流矢量關(guān)系來控制整流器交流側(cè)電壓，使得交流側(cè)電流和電壓同相位。這種控制方法在信號運算過程中要用到交流電感量 L和電阻R 。當 L 和 R 的運算值有誤差時，必然會影響到控制交果。些外，這種控制方法是基于系統(tǒng)的靜態(tài)模型設計的，其動態(tài)特性較差。因此，間接電流控制的系統(tǒng)應用較少。間接電流控制通過運算求出交流端電流指令值，再用交流電流作為反饋量，交流電流跟蹤指令電流值。直接電流控制響應速度快，對系統(tǒng)參數(shù)依賴不敏感，因而得到了廣泛的應用。直接電流控制可分為固定開關(guān)頻率電流控制和滯環(huán)電流控制等。固定開關(guān)頻率電流物理意義清晰，控制算法簡便，且實現(xiàn)方便。且由于開關(guān)頻率固定，交流側(cè)濾波電感及變壓器設計方便。但在開關(guān)頻率比較小的情況下，電流動態(tài)響應速度比較慢，且動態(tài)誤差隨電流變化率變化而變化。相比之下，而滯環(huán)電流控制則具有較快的電流響應速度，且電流誤差只取決于滯環(huán)寬度，與電流變化率無關(guān)。但主要不足在于開關(guān)頻率隨電流變化率變化而變化，使網(wǎng)側(cè)濾波電感設計困難，開關(guān)損耗增大，大大限制了其在功率變流領(lǐng)域的應用。圖 為三相 VSR 固定開關(guān)頻率 PWM 電流控制原理。穩(wěn)態(tài)時，三相靜止坐標 abc中的指令電流為具有一定頻率、相角和幅值的正弦波信號；而二相同步旋轉(zhuǎn)坐標系 dq中的指令電流為時不變直流信號。當電流內(nèi)環(huán)均采用 PI 控制時，無法實現(xiàn)電流無靜差控制。 圖 為三相 VSR 固定開關(guān)頻率 PWM 電流控制原理。穩(wěn)態(tài)時，三相靜止坐標 abc中的指令電流為具有一定頻率、相角和幅值的正弦波信號；而二相同步旋轉(zhuǎn)坐標系 dq中的指令電流為時不變直流信號。當電流內(nèi)環(huán)均采用 PI 控制時，無法實現(xiàn)電流無靜差控制。 圖 abc 坐標系中三相 VSR 固定開關(guān)頻率 PWM 電流控制原理 而兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標系 dq 中的 PI 電流調(diào)節(jié)器可實現(xiàn)電流無靜差控制，如圖 。顯然，同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的電流控制方案具有更好的穩(wěn)態(tài)性能。要求較高的三相 VSR PWM 電流控制，一般優(yōu)先采用同步旋轉(zhuǎn)坐標系中的固定開關(guān)頻PWM 電流控制方案。 圖 dq 坐標系中三相 VSR 固定開關(guān)頻率 PWM 電流控制原理 三相 VSR 的解耦控制方法采用同步旋轉(zhuǎn)坐標系中的固定開關(guān)頻率 PWM 電流控制方案，能獲得較高的三相VSR PWM 電流控制。由式下式可知，VSR 的 dq 軸變量相互耦合，因而給控制器設計造成一定困難。為此可采用前饋解耦控制策略，當電流調(diào)節(jié)器采用 PI調(diào)節(jié)。設 ： 用圖表示如圖 所示。 圖 三相 VSR 的解耦控制 三相 VSR 空間矢量控制空間矢量 PWM 控制策略是依據(jù)變流器空間電壓矢量切換來控制的變流器。空間矢量 PWM 控制策略早期由日本學者在 20 世紀八十年代初針對交流電動機變頻驅(qū)動而提出的其采用逆變器空間電壓矢量的切換 以獲得準圓旋轉(zhuǎn)磁場。將 SVPWM 應用于 VSR 控制之中，主要繼承了 SVPWM 電壓利用率高、動態(tài)響應快等優(yōu)點?；诠潭ㄩ_關(guān)頻率的 SVPWM 電流控制，利用 dq 同步旋轉(zhuǎn)坐標中電流調(diào)節(jié)器輸出空間電壓矢量指令，再采用SVPWM 使 VSR 的空間電壓矢量跟蹤電壓矢量指令，從而達到電流控制的目的。前面所述，基于前饋解耦控制策略的電流調(diào)節(jié)器輸出在了 dq 同步旋轉(zhuǎn)坐標中 VSR交流側(cè)空間電壓矢量指令值Ud 和Uq。下面介紹如何采用 SVPWM 使 VSR 的空間電壓矢量跟蹤電壓矢量指令，也就是使： 寫成矩陣形式： 第3章 蓄電池充放電裝置的硬件設計為了研究基于 PWM 的蓄電池充放電裝置，根據(jù)前面章節(jié)對 PWM 整流器工作原理和控制策略的理論分析， 的樣機。樣機設計由硬件電路設計和控制軟件設計兩部分組成，其主要性能指標如下： 額定功率 ； 三相三線制 380V177。15%； 功率因數(shù)≥； 電流 THD≤7%； 效率≥90%； 充電電壓 0~360V； 充電電流 ~6A； 放電電壓 160~360V； 放電電流 ~10A； 電壓漂移177。3%； 電流漂移177。3%； 軟啟動，對電網(wǎng)無沖擊電流。 硬件系統(tǒng)構(gòu)成 基于 PWM 的蓄電池充放電裝置硬件系統(tǒng)如圖 31 所示，系統(tǒng)主電路由變比為 4：1 的主變壓器、電感、IGBT、電容構(gòu)成?？刂齐娐肥且訲MS320F28035 為核心，其外圍電路包括控制系統(tǒng)供電電源電路、過零檢測電路、采樣調(diào)理電路、驅(qū)動電路和保護電路。過零檢測電路用于產(chǎn)生與電網(wǎng)同相的方波信號，以實現(xiàn)電網(wǎng)的鎖相控制，并將采樣量經(jīng)過調(diào)理電路進一步轉(zhuǎn)化為 0~3V 電壓，輸入到TMS320F28035 的 A/D 口。驅(qū)動電路將 TMS320F28035 的 PWM 信號進行放大，驅(qū)動IGBT。保護電路分為電容電壓監(jiān)測、IGBT 過流檢測和 IGBT 過溫保護電路三部分。IGBT過流檢測功能集成在驅(qū)動電路中。 圖 31 基于 PWM 的蓄電池充放電裝置硬件系統(tǒng)示意圖 當蓄電池電壓小于 160V 時，S1 斷開，S2 閉合，三相 PWM 整流橋進行恒壓控制，穩(wěn)定電容電壓Udc1 ，BUCK 電路對蓄電池進行恒流充電；當蓄電池電壓大于 160V 時，S1 閉合，S2 斷開，三相 PWM 整流橋進行恒流充放和恒壓充，實現(xiàn)能量雙向流動和單位功率因數(shù)整流。 由于主變壓器二次側(cè)以后的系統(tǒng)是從主變壓器二次側(cè)取電與控制的，所以為敘述方便，如無特別說明，下文所說的電網(wǎng)都是指主變壓器二次側(cè)的三相交流電，其相電壓為55V，線電壓為 95V。 主電路設計 功率器件 IGBT 的選型 考慮到 PWM 整流器運行在單位功率