【導(dǎo)讀】程度的波動，需要體積龐大的濾波裝置、電網(wǎng)電流畸變率大、諧波含量大等缺點(diǎn)。并且設(shè)備占地面積增大、電網(wǎng)電力畸變率大諧波含量高從而需要無功補(bǔ)償裝置，這些都增大了傳統(tǒng)整流器的設(shè)計與運(yùn)行成本。結(jié)構(gòu)，以及電路的控制策略。深入的研究了PWM整流器的數(shù)學(xué)模型，得到了一些。在MATLAB中搭建了仿真模型，仿真結(jié)果表明了所建立的控制系統(tǒng)。是有效的，能夠穩(wěn)定三相電壓型PWM整流器直流側(cè)的直流電壓，在負(fù)載突變后，

　　

【正文】 （ 2）當(dāng) 03 ?? ?? uu 和 03 ?? ?? uu 同時成立時，參考矢量 ?uref位于第二扇區(qū)Ⅱ內(nèi)。 （ 3）當(dāng) 03 ?? ?? uu 和 0??u 同時成立時，參考矢量 ?uref位于第 三扇區(qū)Ⅲ內(nèi)。 （ 4） 當(dāng) 0??u 和 03 ?? ?? uu 同時成立時，參考矢量 ?uref位于第四扇區(qū)Ⅳ內(nèi)。 （ 5）當(dāng) 03 ?? ?? uu 和 03 ?? ?? uu 同時成立時，參考矢量 ?uref位于第五扇區(qū)Ⅴ內(nèi)。 （ 6）當(dāng) 0??u 和 03 ?? ?? uu 同時成立時，參考矢量 ?uref位于第六扇區(qū)Ⅵ內(nèi)。 由 MATLAB 中的 Simulink 搭建上述邏輯仿真模塊如下圖 35所示。 s h a n _ qu1 = = =A N DN O TA N DA N DA N DA N DA N DN O TN O T65432 1G a i ns q r t ( 3 )d o u b l ed o u b l ed o u b l ed o u b l ed o u b l ed o u b l e0A d dU b e t a2U a l f a1 圖 35 扇區(qū)判斷邏輯仿真圖 上面給出的邏輯法的仿真方法，還有一種是代數(shù)仿真方法。代數(shù)法主要是通 21 過分析 u?和 u?的關(guān)系，然后可以得到如下的規(guī)律 [2][13]。 （ 1）如果 0??u ，則使 1?A ，否則 0?A 。 （ 2）如果 03 ?? ?? uu ，則使 1?B ,否則 0?B 。 （ 3）如果 03 ?? ?? uu ，則使 0?C ，否則 1?C 。 并且令 CBAM 42 ??? ，那么 M將和扇區(qū) N 有著一定的聯(lián)系，見表 31。 表 31 代數(shù)和 M 和扇區(qū) N 的 聯(lián)系 M 1 2 3 3 5 6 N 2 6 1 3 3 5 同樣在 Simulink 中給出代數(shù)法的仿真模型，如下圖 36 所示。 N1M u l t i p o r tS w i t c h421s q r t ( 3 )01356421U b e t a2U a l f a1 圖 36 扇區(qū)判斷代數(shù)法仿真模型 對上述的兩種方法進(jìn)行仿真，可到如下圖 37 所示的扇區(qū)波形。 0 0 . 0 2 0 . 0 4 0 . 0 6 0 . 0 8 0 . 1 0 . 1 2 0 . 1 4 0 . 1 6 0 . 1 8 0 . 201234567tN扇區(qū) 圖 37 扇區(qū)波形 不同扇區(qū)兩相鄰電壓空間矢量的作用時間 在第三章已經(jīng)介紹了如何去選取相鄰電壓空間矢量，并且計算 出了所選取的電壓空間矢量作用的時間，見表 31 。圖 33 已經(jīng)給出了 αβ坐標(biāo)系中參考電壓空間矢量 uref和 u? 與 u?的代數(shù)關(guān)系，即 ?? cosuu ref? （ 32） ?? sinuu ref? （ 33） 這里先令 : uUTuUTdSdSX ?? 2 226 ?? （ 34） uUTuUTdSdSY ?? 2226 ?? （ 35） uUTdSZ ?2? （ 36） 通過計算表 31 中的作用時間 錯誤 !未找到引用源。 和 錯誤 !未找到引用源?？梢园l(fā)現(xiàn)，這些時間都與上面的 X、 Y、 Z 有著一定的聯(lián)系，或者說用 X、 Y、 Z可以表示六個扇區(qū)的有效作用時間 錯誤 !未找到引用源。 和 錯誤 !未找到引用源。 。于是可以得到各扇區(qū)作用時間的分配表。 表 32 六個扇區(qū)矢量作用時間分配表 扇區(qū)號 1 2 3 3 5 6 X Y Z X Y Z Z X Y Z X Y 將上述的 X、 Y、 Z和表 32 用 Simulink 表示出來為圖 39。 23 T 22T 11M u l t i p o r tS w i t c h 1M u l t i p o r tS w i t c hG a i n 3 1G a i n 2 1G a i n 1 1N _ s h a n q u4Z3Y2X1 圖 39 矢量作用時間分配圖 以上討論的是常規(guī)電壓空間矢量 SVPWM 模式的情況，此時電壓矢量端點(diǎn)軌跡位于正六邊形的內(nèi)切圓內(nèi)，屬于線性調(diào)制的范圍，具體見圖 310。但是如果當(dāng)正六邊形的內(nèi)切圓外存在電壓矢量的端點(diǎn)軌跡時，此時 SVPWM 出現(xiàn)過調(diào)制暫態(tài)，如果不采取一些措施，輸出的電壓就會出現(xiàn)嚴(yán)重的失真。理論上可以壓縮端點(diǎn)超出正六邊形的部分，保持其相位不產(chǎn)生變化，使其端點(diǎn)不在正六邊形的內(nèi)切圓外。但是在實際運(yùn)用中需對電壓矢量的端點(diǎn)軌跡是否在正六邊形內(nèi)切圓內(nèi)進(jìn)行判斷，再進(jìn)行作用的計算，具體工程實現(xiàn)非常復(fù)雜。因此提出一簡單實現(xiàn)方法 :首先按照常規(guī)的方法計算出作用時間 錯誤 !未找到引用源。 和 錯誤 !未找到引用源。 后，接著判斷 STTT ?? 21 是否成立，如不成立，則 錯誤 !未找到引用源。 和 錯誤 !未找到引用源。 保持不變；如成立，則通過下式來計算兩矢量相互作用時間。 TTT TT S21 1,1 ?? （ 37） TTT TT S21 2,2 ?? （ 38） 圖 310 線性調(diào)制與非線性調(diào)制時 參考矢量所在區(qū)域范圍 （ 011） 過調(diào)制 (110) (010) （ 100）— ） （ 101） （ 001） ?uref 線性調(diào)制 25 第 4 章 三相電壓型 PWM 整流器的建模和仿真 系統(tǒng)設(shè)計框圖如下： CdUd cUs cD 1Us bUs aLsLsLsD 3RsRsRsD 5D 2D 6D 4RLI0+T1T3T5T4T6T2ABCMNid ca b c / d qP IP IP Id q / α βS V P W Mi *q iq id i *d u *q u *d u *α u *β UdU *d ++++ 圖 41系統(tǒng)設(shè)計框圖 三相 VSR 直流電壓控制 三相電壓型的 PWM 整流器一般都是運(yùn)行在單位功率因數(shù)為 1 的情況，并且需要維持系統(tǒng)輸出直流電壓的穩(wěn)定， 取同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo) d 軸為電網(wǎng)矢量定向軸，并假設(shè)電網(wǎng)強(qiáng)度足夠大，電網(wǎng)送出的功率 ????????????sqsdsdsdiUQiUP2323 （ 41） 分析式（ 41）可知，控制 sqsd ii 、 就可以獨(dú)立的控制有功和無功。換流站傳遞的瞬時功率為 ?? ???? cbaj jnjnjpjp iuiup 、 )( （ 42） 限流電抗器折算到換流電抗器中，忽略相間環(huán)流的影響，將式（ 325）變換到 dq 軸 )(23)(23nqnqndndpqpqpdpdiuiuiuiup???????? （ 43） 使整流站運(yùn)行于單位功率因數(shù)， 有輸入整理器的 功率為 dcdcsdsdsdctiUiUiUP??????? 23c os23 ? （ 44） 此式表明穩(wěn)態(tài)時換流站輸入的功率等于換流站輸出的功率，引穩(wěn)態(tài)逆模型，設(shè)計外環(huán)定直流電壓控制器，如圖 42（ a）所示，參考電壓與實際電壓經(jīng)過 PI調(diào)節(jié)后輸出有功偏差電流 sdi? 與逆模型輸出的預(yù)估有功電流 sdi39。 相加，得到電流內(nèi)環(huán)的參考值 sdi* ，同理可以得到無功電流參考值 sqi* 。 ?d ciskkip?s di*? ???1_32UUr e fd cs di?s di39。r e fd cU_d cU?skkip?? ???Qr e fQs qi39。s qi?s qi* 2??U31定直流電壓控制器 )( a定無功功率控制器 )b( 圖 42 整流站電壓外環(huán)控制器 27 可得電網(wǎng)與 MMC 整流站之間的數(shù)學(xué)模型，為了消除耦合以及電網(wǎng)矢量對有功分量和無功分量的影響，將電網(wǎng)矢量和電流矢量前饋解耦控制移植到 整流器中 ，如圖 43 所示為基于 MMC 的電流內(nèi)環(huán)解耦控制器。 ???????????????????sdsipsqsqsqr e fsqsqsipsdsdsdr e fsdiLskkiiUUiLskkiiUU??))(())((*_*_ （ 45） 式（ 45）中 sdi* 和 sqi* 分別是電壓外環(huán)輸出的有功和無功分量參考值。圖 43是 實現(xiàn)三相 PWM 整流器電流內(nèi)環(huán)解 耦 控制的原理圖。 P IP IS V P W M調(diào) 制三 相 P W M整 流 器ω Lsω LsSa b cid*iq*+ ++++idiqUs dUs qUr qUr d 圖 43三相 PWM整流器電流內(nèi)環(huán)解耦控制原理圖 整流器整體仿真 如表 41 所示， 三相 VSR 整流狀態(tài)仿真參數(shù) 。 參數(shù) 數(shù)值 交流線電壓有效值 /KV 電感 Ls/mH 5 電阻 Rs/Ω 電容 Cd/uF 1000 額定直流電壓 UdcN/KV 40 額定負(fù)載電阻 RL/Ω 200 有功功率 P/MW 8 開關(guān)頻率 fs/KHz 5 表 41 仿真系統(tǒng)參數(shù) 圖 44 為 PWM 整流器的仿真波形。直流電壓參考值為 40KV， 前負(fù)載電阻為 300Ω , 后負(fù)載變?yōu)?150Ω，有功功率應(yīng)增加 2 倍，運(yùn)行在單位功率因數(shù)。圖 46（ a）為直流電壓仿真波形，可以看出電壓跟隨性好，負(fù)載跳變前后都能維持 40KV；（ b）為三相電流波形，電流波形平滑；（ c）為有功功率和無功功率圖，有功功率增加 1 倍，可以看出無功功率在 0 上下波形，實現(xiàn)單位功率運(yùn)行。整個圖說明本文設(shè)計的 PWM 整流器控系統(tǒng)是正確的。 0 . 1 0 . 1 5 0 . 2 0 . 2 5 0 . 3394041( a ) 整流器直流電壓/KV0 . 1 0 . 1 5 0 . 2 0 . 2 5 0 . 3101（ b ） 三相電流/KA0 . 1 0 . 1 5 0 . 2 0 . 2 5 0 . 35051015t/s（ a ）有功功率和無功功率MW/Mvar 圖 44 負(fù)載突變 PWM 整流器仿真結(jié)果 29 第五章 結(jié)論與展望 結(jié)論 本文首 先介紹了三相電壓型 PWM 整流器的發(fā)展史，電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以及電路的控制策略。深入的研究了 PWM 整流器的數(shù)學(xué)模型，得到了一些有用的結(jié)論，重點(diǎn)研究了 PWM 整流器的控制策略，即 SVPWM 調(diào)制策略，設(shè)計了相應(yīng)的控制器。在 MATLAB 中搭建了仿真模型，仿真結(jié)果表明了所建立的控制系統(tǒng)是有效的，能夠穩(wěn)定三相電壓型 PWM 整流器直流側(cè)的直流電壓，在負(fù)載突變后，也能很好的調(diào)節(jié)的直流電壓保持不變，并且電網(wǎng)電流與電壓同相，實現(xiàn)了單位功率因數(shù)運(yùn)行。 展望 本文僅僅是研究了 SVPWM 的控制策略，還有其他的控制策略有待研究，比如 非線性控制策略，基于 EL 模型的無源性控制策略，無傳感器的控制策略等等。這些都是以后工作中可能用到的東西，畢業(yè)后我將繼續(xù)努力，提高自己的專業(yè)素養(yǎng)