【導(dǎo)讀】本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）。姓名：史煒東學(xué)號(hào)：04051485. 班級(jí)：電氣工程與自動(dòng)化05-4班。中國(guó)礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)。畢業(yè)設(shè)計(jì)日期：2020年2月16日至2020年6月20日。路各參數(shù)進(jìn)行計(jì)算；中國(guó)礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師評(píng)閱書(shū)。③研究?jī)?nèi)容的理論依據(jù)和技術(shù)方法；④取得的主要成果及創(chuàng)新點(diǎn)；⑤工作態(tài)度及。工作量；⑥總體評(píng)價(jià)及建議成績(jī)；⑦存在問(wèn)題；⑧是否同意答辯等）：。中國(guó)礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯及綜合成績(jī)。直流電壓控制等優(yōu)點(diǎn)，因此對(duì)高功率因數(shù)的三相PWM整流器的研究己成為當(dāng)今國(guó)。選擇了基于直接電流控制和SVPWM控制方法對(duì)三相電壓型PWM整流器進(jìn)行雙。由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有自適應(yīng)和自學(xué)習(xí)能力，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)傳統(tǒng)的PID控

　　

【正文】 SR 數(shù)學(xué)模型 1 αβ坐標(biāo)系下三相 VSR 的數(shù)學(xué)模型 聯(lián)立式（ ）和（ ）。并且有， ???? SiSiSiSiSi ccbbaa ???? ，得到： ???????????????????? LLSSLLdcdcdcsdcsiSiSiiidtdvCUSiRudtdiUSiRudtdi???????????? () 2 dq 坐標(biāo)系下三相 VSR 的數(shù)學(xué)模型 在復(fù)平面上造一復(fù)矢量 ???? jxxX ?? ??X∈ ｛??E ??I ??S｝ 因此將式（ ）寫(xiě)成復(fù)矢量形式 ，即 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 16 頁(yè) ? ?????????????????????????SvERIdtdILiSIdtdvCdcLdc Re () 因?yàn)椋?d、 q）坐標(biāo)系是（ ? 、 ? ）坐標(biāo)系以電網(wǎng)基波角頻率ω同步旋轉(zhuǎn)得到，這里引入旋轉(zhuǎn)因子 ?je ,則 fdtXXe dqj ??????? 2??? ? () 將式 （ ） 代入 式（ ），得三相 VSR（ d、 q）復(fù)矢量方程 ? ?????????????dqdcdqdqdqLdqdqdcSvERIdtdILiSIdtdvC Re () 式中 ???????????????dqdqdqdqdqdqdqdqjssSjeeEjssSjiiI, () 將式（ ）代入式（ ），并分解成 d、 q 分量，可得三相 VSR 在（ d、 q）坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型為 ??????????????????????LqqddldcdcdSqdcqSqqSqSddcdSddSisisiiidtdvCiLsviRudtdiLiLsviRudtdiL?? () 由 式 ()得到主電路在 dq 坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型框圖，圖 。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 17 頁(yè) W L sqdc svddc sv++W L sqUdU+SLR SS ?1qIdI??dSqS++SC1LI dcUSLR SS ?1 圖 dq坐標(biāo)系下的主電路數(shù)學(xué)模型 從兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系（ d， q）的數(shù)學(xué)模型可以看出， PWM 整流器兩相電流直接耦合，在設(shè)計(jì)電流控制器時(shí)，要注意考慮這種關(guān)系。 三相 VSR 系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)計(jì)與仿真 VSR 直流側(cè)與交流側(cè)電壓的確定與分析 UA O 1UNIN?UL UR UAO1?INUN UR a 整流狀態(tài) b 逆變狀態(tài) 圖 26 單位功率因數(shù)狀態(tài)下 VSR 的電壓電流矢量關(guān)系 因?yàn)檎髌魅攵私涣骶€(xiàn)電壓的基波是由直流側(cè)電壓通過(guò) PWM調(diào)制 （關(guān)于 PWM調(diào)制和 SVPWM 技術(shù)第四章詳細(xì)介紹） 的結(jié)果 [14]，要保證二極管只在續(xù)流時(shí)導(dǎo)通，系統(tǒng)完全可控的前提，因此直流側(cè)電壓值必定不可能低于橋臂入端交流線(xiàn)電壓基波的峰值。但不同的 PWM 方案將獲得不同的最大線(xiàn)電壓基波峰值 Ulm。結(jié)合圖 26所示的矢量關(guān)系 及 SVPWM 調(diào)制技術(shù)的相關(guān)知識(shí)可知： （ 1） 在 SVPWM 控制模式下： 111 6322 AOAOABdcdclm UUUU UU ???? 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 18 頁(yè) （ 2） 在 SPWM 控制模式下： 11 832*223AOABdcdclmUUUUU??? 在整流狀態(tài)時(shí)有 : ? ? 221 )( NSNSNAO ILIRUU ???? 在逆變狀態(tài)時(shí)有 : ? ? 221 )( NSNSNAO ILIRUU ???? 實(shí)際上，由于線(xiàn)路電阻 Rs 本身很小， Ls 上的電壓也不能積累太高，因此整流、逆變兩種狀態(tài)下的 UAO1值差別不大，可用比 UN略大的近似代替以計(jì)算粗略值。在交流電源電壓有效值給定后，根據(jù)所采用的 PWM 模式便可大致確定直流側(cè) 電壓。反過(guò)來(lái)說(shuō)，在需要的直流電壓確定后，也可大致確定電源電壓值 滿(mǎn)足的關(guān)系。 在地鐵供電系統(tǒng)中，我們有確定的直流側(cè)電壓，比如 750V、 1500V。在我們的仿真計(jì)算中，我們以 Udc =750V 為例子，由于 VSR 為 Boost AC/DC 變換器，因而在直流電壓一定的條件下，較低的網(wǎng)側(cè)電壓設(shè)計(jì)將導(dǎo)致裝置損耗增大。因此，應(yīng)盡量提高 VSR 的直流電壓利用率，從而相對(duì)提高交流網(wǎng)側(cè)電壓設(shè)計(jì)，以降低大功率VSR 的損耗。從這個(gè)意義上講采用 SVPWM 方式顯然比 SPWM 控制方式更具有優(yōu)越性。經(jīng)過(guò)計(jì)算和仿真，我們暫選定電源 相電壓有效值 UN=275V。 VSR 交流側(cè)電感的 分析與 設(shè)計(jì) 在 VSR 系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，其交流側(cè)電感的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。這是因?yàn)?VSR 交流側(cè)電感的取值不僅影響到電流環(huán)的動(dòng)、靜態(tài)響應(yīng)，而且還制約著 VSR 輸出功率、功率因數(shù)以及直流電壓。將 VSR 交流側(cè)電感的主要作用歸結(jié)如下 : （ 1）隔離電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)與 VSR 交流側(cè)電壓。通過(guò) VSR 交流側(cè)電壓幅值、相位的 PWM 控制，或通過(guò) VSR 交流側(cè)電流幅值、相位的 PWM 控制均可實(shí)現(xiàn) VSR 四象限運(yùn)行。 （ 2）濾除 VSR 交流側(cè) PWM 諧波電流從而實(shí)現(xiàn) VSR 交流側(cè)正弦波電流或一定頻帶范圍內(nèi)的任意電流波形控制。 （ 3）使 VSR 控制系統(tǒng)獲得 良好的電流波形的同時(shí)，還可以向電網(wǎng)傳輸無(wú)功功率，甚至實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)純電感、純電容運(yùn)行特性。 可見(jiàn)， VSR 交流側(cè)電感對(duì) VSR 系統(tǒng)的影響和作用是綜合的。以下將從穩(wěn)態(tài)條件下滿(mǎn)足 VSR 輸出功率以及電流波形品質(zhì)指標(biāo)等兩方面討論 VSR 交流側(cè)電感的設(shè)計(jì)。參考文獻(xiàn) [6]給出了其計(jì)算的依據(jù)如下： 1） 滿(mǎn)足 整流 流器 功率因數(shù)指標(biāo)時(shí)電感的 設(shè)計(jì) 穩(wěn)態(tài)條件下 ， VSR 交流側(cè)矢量關(guān)系如圖所示，由于 |VL|=? L|I|,因此 VSR 交流側(cè)穩(wěn)態(tài)矢量關(guān)系體現(xiàn)了對(duì)其交流側(cè)電感 L的約束 。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 19 頁(yè) o??IUVLV?? 圖 VSR 穩(wěn)態(tài)時(shí) 交流側(cè)矢量關(guān)系 U—— 交流電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)矢量 。 VL—— VSR 交流側(cè)電感電壓矢量 。 V—— VSR 交流側(cè)相電壓矢量 。 I—— VSR 交流側(cè)相電流矢量。 當(dāng) VSR 直流側(cè) 電壓 Vdc 確定后 ， VSR 交流側(cè)電壓最大峰值也得以確定，即： dcp vMV ?m a x （ ） 式中 Mp—— PWM相電壓最大利用率。 (與 PWM控制方式相關(guān)。對(duì)于三相 VSR，若采用三角載波 SPWM 控制，則 Mp=1/2，而采用空間矢 PWM 控制時(shí)，則3/3?pM ) 如圖 此時(shí)設(shè) VSR 交流側(cè)功率因數(shù)角為 ψ ，針對(duì)中三角形 O1OF，則 θ =90ψ ， IwlVl ? 利用余弦定理得： ?s in2222 ll VUVUV ??? （ ） 將（ ）式代入得： mmmmm wIUVUUL /)s i ns i n( 2222 ???? ?? （ ） 式中 Um— 電網(wǎng)相 電動(dòng)勢(shì)峰值 。 Im— VSR 交流側(cè)基波相電流峰值 。 Vm— VSR 交流側(cè)基波相電壓峰值。 由于 ： dcpm vMV ? 將其代入（ ）式得： mmdcpmm wIUvMUUL /)s i ns i n( 22222 ???? ?? （ ） 顯然 ： 0s i ns i n 22222 ???? mdcpmm UvMUU ?? 即： vdc Um /MP （ ） 以上體現(xiàn)了 實(shí)現(xiàn) VSR四象限運(yùn)行條件時(shí) 直流側(cè)電壓 vdc取值的下限值和 電感的上限值 。 2） 滿(mǎn)足 整 流器 瞬態(tài)電流跟蹤指標(biāo)時(shí)電感的設(shè)計(jì) 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 20 頁(yè) 實(shí)際上，電感的設(shè)計(jì)還需考慮滿(mǎn)足 VSR 瞬態(tài)電流跟蹤指標(biāo)要求，即既要快速電流跟蹤，又要抑制諧波電流脈動(dòng)。以 VSR 正弦波電流控制為例，當(dāng)電流過(guò)零時(shí)其，電流變化率最大，此時(shí)電感應(yīng)足夠小，以滿(mǎn)足快速跟蹤電流要求 。另一方面，在正弦波電流峰值處諧波電流脈動(dòng)最嚴(yán)重，此時(shí)電感應(yīng)足夠大，以滿(mǎn)足抑制諧波電流要求。只考慮 VSR 單位功率因數(shù)正弦波電流控制的情況。 考慮 a 相電壓方程 )3( ,?????? cbak kdcadcaaas svsveRidtdiL若 忽略 VSR 交流側(cè)電阻R， 令 ???? cbak kdcasa svev ..3 ，則 系統(tǒng)滿(mǎn)足 ： adcsaa svvdtdiL ?? （ ） 滿(mǎn)足快速電流跟蹤時(shí)電感的設(shè)計(jì) ： 考慮電流過(guò)零 (wt=0)處附近一個(gè) PWM 開(kāi)關(guān)周期 Ts，中的電流跟蹤瞬態(tài)過(guò)程。 穩(wěn)態(tài)條件下， 當(dāng) 0=t=T1 時(shí)， Sa=0，且 11)(3 T iLssvsvv cbdcadcsa ????? （ ） T1=t=Ts 時(shí) ,Sa=1,且 22)2(3 T iLssvsvv cbdcadcsa ??????? （ ） 若滿(mǎn)足快速電流跟蹤要求，則必須有 smssmsTIT wTIT ii ????? s i n21 （ ） 綜合式 （ ）、（ ）（ ） ， 并令 Sb=Sc=1， 當(dāng) T1=Ts 時(shí)，將取得最大電流變化率 得 wIvLmdc32? （ ） 以上 滿(mǎn)足抑制諧波電流時(shí)電感的設(shè)計(jì) ： 考 若 慮電流峰值處 (w=π /2)附近一個(gè) PWM 開(kāi)關(guān)周期 (Ts)中的電流跟蹤瞬態(tài)過(guò)程。 穩(wěn)態(tài)條件下， 0=t=T1 時(shí)， Sa=0，且 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 21 頁(yè) 11)(3 T iLssvEsvv cbdcmadcsa ?????? （ ） T1=t=Ts 時(shí) ,Sa=1,且 22)2(3 T iLssvEsvv cbdcmadcsa ???????? 電流峰值附近一個(gè)開(kāi)關(guān)周期中，有 21 ii ??? （ ） 綜合式 （ ）、（ ） 、 （ ） ， 并令 Sb=Sc=0，得 m a x2)32( iv TUUvLdcsmmdc ??? )( mdc Uv ? （ ） 綜上，滿(mǎn)足電流瞬態(tài)跟蹤指標(biāo)時(shí)，三相 VSR 電感取值范圍為： wI vLiv TUUv m dcdc smmdc 3 22 )32( m a x ???? )( mdc Uv ? （ ） VSR 直流側(cè)電容容量的分析與設(shè)計(jì) VSR 直流電容器的主要作用是為關(guān)斷電流提供一個(gè)低電感的路徑，緩沖沖擊電流，同時(shí)還儲(chǔ)存能量，穩(wěn)定直流