【正文】 所以，在該仿真系統(tǒng)中有以上的參數(shù)可得： 20033dcV ? （ 319） 則： ? 本文選取直流側(cè)電壓值為： 400V。 由上面可得： m dcV Mv? （ 316） 將式（ 316）代入（ 315）得 2 2 2 2 2s in s inm m d c mmE E M v EL I? ? ? ? ?? ? （ 317） 顯然式（ 317）中的分子大于零，所以 mdc EV M? （ 318） 式（ 318）體現(xiàn)了實(shí)現(xiàn) VSR 四象限運(yùn)行時(shí)直流側(cè)電壓 dcV 取值的下限。但由于 dcV Mv? ，因此必須限制 VSR 交流側(cè)電感，使 LV 足夠小，才能使 VSR 四象限運(yùn)行，且可以輸出足夠大的交流電流。 E—— 交流電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì) V—— VSR 交流側(cè)相電壓 I—— 交流側(cè)相電流 LV —— 交流側(cè)電感電壓 EβαCVIBDAφVLθ 圖 38 VSR穩(wěn)態(tài)交流側(cè)矢量關(guān)系 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 圖 38 中， B、 D 點(diǎn)為 VSR 單位功率因數(shù)整流、逆變狀態(tài)運(yùn)行點(diǎn)， A、 C 點(diǎn)為 VSR 純電感、純電容特性運(yùn)行點(diǎn)，并且通過α、β坐標(biāo)軸將 VSR 運(yùn)行狀態(tài)分為四個(gè)運(yùn)行象限。 由圖 38看出：當(dāng) E 不變，且 I 一定條件下，通過控制 VSR 交流側(cè)電壓 V的幅值、相位，即可實(shí) 現(xiàn) VSR四象限運(yùn)行，且矢量 V端點(diǎn)軌跡是以 LV 為半徑的圓。以下將從穩(wěn)態(tài)條件下滿足 VSR輸出有功 (無功 )功率以及電流波形品質(zhì)指標(biāo)兩方面討論 VSR 交流側(cè)電感的設(shè)計(jì)。 (5)使 VSR 具有 Boost 型 PWM AC/DC 變換 性能以及直流側(cè)受控電流源特性。 (3)使 VSR 獲得良好電流波形的同時(shí)，還可向電網(wǎng)傳輸無功功率，甚至實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)純電感、純電容運(yùn)行特性。通過 VSR 交流側(cè)電壓幅值、相位的 PWM 控制，或通過 VSR交流側(cè)電流幅值、相位的 PWM 控制都可實(shí)現(xiàn) VSR 四象限運(yùn)行。這是因?yàn)?VSR 交流側(cè)電感的取值 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 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。 由于電壓外環(huán)的主要控制作用是穩(wěn)定三相 VSR 直流電壓 ，故其控制系統(tǒng)整定時(shí)，應(yīng)著重考慮電壓環(huán)的抗擾性能。按照典型Ⅱ型系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)關(guān)系有 22 1iii PWMiP hLKK ?? ?? (36) 解得 : ????????????P W MsiiPiIP W MsP W MiiiPKTLKKKTLKLhK 1 261562)1(?? (37) 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 電壓外環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 三相 VSR 的電壓環(huán)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)如下圖所示。 1 1sTs ? iIip KK s? 1P W MsKTs? ?1/1 ( / )RL R s?qe qi*qi? ?? ? 圖 35 電流內(nèi)環(huán)結(jié)構(gòu) 將 PI調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)改寫成零極點(diǎn)形式，即 1iI iiP iPiiPiIiKsKKssKK????? ?????? ??? （ 34） 將小時(shí)間常數(shù) 、 sT 合并，得到簡(jiǎn)化后電流環(huán)結(jié)構(gòu)如圖 36所示?？紤]電 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 流內(nèi)環(huán)信號(hào)采樣的延遲和 PWM的小慣性特性，取 sT 為電流內(nèi)環(huán)電流采樣周期（即為 PWM開關(guān)周期）， PWMK 為橋路 PWM 等效增益， 模擬 PWM 的小慣性特性。 將式（ 32）帶入式（ 31），并化簡(jiǎn)可得 **/ 010 /iIiPd d diIiPqq qiIiPKR K Li i is KpKii Ls iKR K Ls??????? ? ??????? ??? ? ? ????? ??? ? ? ??? ? ? ? ???????? ??? ? ? ? ??? ? ??????????? （ 33） 顯然，式（ 33）表明：基于前饋的控制算式（ 32）使 VSC 電流內(nèi)環(huán)（ di ， qi ）實(shí)現(xiàn)了解耦控制。 從三相 VSR 的 dq 模型方程式可以看出，由于 VSR 的 d、 q 軸變量相 互耦合，給控制器的設(shè)計(jì)造成一定困難。而在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下， d 軸和 q 軸變量之間相互耦合，那么，在 dq 坐標(biāo)系耦合狀態(tài)下進(jìn)行解耦，希望一個(gè)變量?jī)H受另一個(gè)變量控制，系統(tǒng)解耦方法一般采用串聯(lián)補(bǔ)償解耦和前饋補(bǔ)償解耦，本文研究的系統(tǒng)主要采用前饋補(bǔ)償解耦控制的方法。 雙閉環(huán)控制系統(tǒng)中的電壓外環(huán)是為了控制穩(wěn)定直流側(cè)電壓，根據(jù)電壓的大小調(diào)整整流器工作的狀態(tài)，并給電流內(nèi)環(huán)輸出給定值；電流內(nèi)環(huán)是使檢測(cè)的輸入電流能夠跟蹤給定電流，實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)的整流或逆變。研究表明，滯環(huán) PWM 電流控制具有較好的穩(wěn)定性和快速性。這種電流控制結(jié)構(gòu)中無傳統(tǒng)的電流調(diào)節(jié)器 (如 P,PI 調(diào)節(jié)器等 )，取而代之的是一非線性環(huán)節(jié) — 滯環(huán)。 圖 32固定開關(guān)頻率 PWM電流控制閉環(huán)結(jié)構(gòu) 2滯環(huán) PWM 電流控制 當(dāng)開關(guān)頻率人按一定規(guī)律變化時(shí)，電流跟蹤性能將得以改善，電流偏差將在某一限定值內(nèi)基本不變，這對(duì)要求電流跟蹤精度較高的控制系統(tǒng)十分重要。但該方案主要不足就是，開關(guān)頻率隨電流變化率變化而波動(dòng)，造成網(wǎng)側(cè)濾波電感設(shè)計(jì)困難，功率模塊應(yīng)力及開關(guān)損耗增大，因而在大功率變流領(lǐng)域難以應(yīng)用，為此提出了基于固定開關(guān)頻率的滯環(huán) PWM 電流控制策略。但該方案的主要缺點(diǎn)是，在開關(guān)頻率不高條件下，電流動(dòng)態(tài)響應(yīng)相對(duì)較慢，且電流動(dòng)態(tài)偏差隨電流變化率而相應(yīng)變化。其中，固定開關(guān)頻率 PWM 電流控制其算法簡(jiǎn)便，物理意義清晰，且實(shí)現(xiàn)較方便。直接電流控制中雙閉環(huán)控制是目前應(yīng)用最廣泛，最實(shí)用化的控制方式，其中電壓外環(huán)是控制直流側(cè)電壓的，并給電流內(nèi)環(huán)提供指令電流；電流內(nèi)環(huán)則根據(jù)指令電流進(jìn)行電流快速跟蹤控制。 對(duì)網(wǎng)壓而言，電流內(nèi)環(huán)實(shí)質(zhì)起到前饋?zhàn)饔?；控制電路具有限流保護(hù)能力，由于系統(tǒng)在每一個(gè)載波周期都對(duì)電流進(jìn)行比較，因此故障情況下過電流保護(hù)迅速，可靠性高。 直接電流控制 VSR 直接電流控制是針對(duì) VSR 間接電流控制的不足 (動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢、對(duì)參數(shù)敏感 )而提出來的。 針對(duì)上述缺點(diǎn)，有一些改進(jìn)的辦法，比如引入 電流微分或動(dòng)態(tài)解耦的串聯(lián)補(bǔ)償，利用零極點(diǎn)對(duì)消的原理可心改善整流器的電流響應(yīng)特性，在間接電流控制基礎(chǔ)上增加功率因數(shù)角閉環(huán)，通過模糊控制器對(duì)交流側(cè)電壓幅值和相位進(jìn)行前饋補(bǔ)償，可心使PWM 整流器在電網(wǎng)電壓波動(dòng)或電路參數(shù)變化等擾動(dòng)下保護(hù)單位功率因數(shù)和穩(wěn)定的直流輸出電壓。 間接電流控制雖有一定的應(yīng)用空間，但其缺點(diǎn)卻是不可忽略的。 主電路PI 幅值相位控制 SPWM 調(diào)制A B CU a bc 圖 31 間接電流控制原理框圖 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 當(dāng)整流器負(fù)載波動(dòng)時(shí)，通過調(diào)節(jié)輸入電壓的幅值和相位按一定的軌跡移動(dòng)，可以使整流器重新達(dá)到 穩(wěn)態(tài)且輸入功率因數(shù)保持不變。為了穩(wěn)定輸出電壓，間接電流控制需要引入電壓閉環(huán)反饋。盡管間接電流控制的動(dòng)態(tài)性 能欠佳，但因其控制簡(jiǎn)單、成本低廉，在對(duì) PWM整流器動(dòng)態(tài)性能要求不高的場(chǎng)合，間接電流控制仍然有一定的應(yīng)用前景。目前， VSR電流控制技術(shù)根據(jù)是否引入電流閉環(huán)，分為兩大類，即間接電流控制和直接電流控制。因此， VSR的電流控制策略是十分重要的。 VSR 的電流控制 VSR的建模及工作原理分析表明，當(dāng)其正常工作時(shí)，在能夠穩(wěn)定直流側(cè)電壓的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)在受控功率因數(shù)條件下的正弦波形電流控制。 如圖 26所示，若令矢量 I 與 a 軸相角為 ? , q 軸與 a 軸相角為 ? ，則 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 mm22mI sin( )I cos( )Idqdqiiii??? ? ? ??? ? ? ??? ??? （ 224） 矢量 I 在 a, b, c 三相靜止坐標(biāo)軸的投影 ,a b ci i i 為 mmmI cos2I cos ( )32I cos ( )3abciii???? ????? ? ???? ? ? ??? （ 225） 圖 ２ 6 坐標(biāo)系（ d,q) 坐標(biāo)系（ a,b,c）及矢量分解 定義零軸分量為 0 1()3 a b ci i i i? ? ? （ 226） 聯(lián)立上式可得 0()qadbciii R iii?? ? ? ?? ? ? ??? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? （ 227） 式中 ???R —— 旋轉(zhuǎn)變量矩陣 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 22c o s c o s( c o s(332 2 2( ) si n si n ( si n (3 3 31 1 12 2 2R? ? ? ? ?? ? ? ? ? ??????? ?? ????? ?? ????? ???? ?? ?????? ?? ????????????????????? ???????????????????????? （ 228） 經(jīng)過數(shù)學(xué)分析得三相 VSR在兩相 dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型為： ????????????????????LqqdddcdqddcqqqdddcddisisidtdvCLiRisvedtdiLLiRisvedtdiL)(23?? （ 229） 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 3 三相 VSR 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 通過第 2章對(duì)三相電壓型 PWM 整流器的工作原理分析，得出了通過控制網(wǎng)側(cè)的輸入電流，就可以實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)和 PWM 整流器四象限里運(yùn)行，所以對(duì)網(wǎng)側(cè)的電流控制也是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)控制的關(guān)鍵。 E 矢量（ q 軸）方向的電流分量 qi 定義為有功電流，而比矢量E滯后 o90 相角的軸（ d 軸）方向電流分量 di 定義為無功電流。 在三相靜止對(duì)稱坐標(biāo)系（ a, b, c）中， E 、I 分別表示三相電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)矢量和電流矢量，并且 E 、 I 以電網(wǎng)基波角頻率 ? 逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。其中 Q 軸與 a 軸重合，而 D 軸滯后 a 軸 90 度相角。而且旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中存在有功電流和無功電流的解耦，有利于實(shí)現(xiàn) VSR的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。通過坐標(biāo)變換將三相 （ a,b,c） 靜止坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 成以 電網(wǎng)基波頻率同步旋轉(zhuǎn)的 dq坐標(biāo)系。 雖