PWM整流器在能量回馈系统中的应用

从图2.5、2.6中可以看出，120度导通方式下回馈电流接近 方波，180度导通方式下的回馈电流接近于阶梯波。而阶梯波更 接近正弦波，而且180度导通时三相同时有回馈电流，能量回馈 效果比120度导通方式好，故本文采用180度导通方式。
2.2 电压型能量回馈单元的数学模型
2.2.1 三相PWM整流器的一般数学模型 三相VSR一般数学模型就 是由三相VSR拓扑结构在三相 静止坐标系（a，b，c）中利用 电路定律对VSR所建立的数学 描述。
在（d，q）坐标系下三相VSR三角波比较PWM控制原理图如 右图所示。
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当能量回馈之前，能量回馈单元处于整流状态，此时交流侧电 流和直流侧电流都非常小，接近于0，这与在回馈之前IPM的6个管 子全部关断非常接近。而当0.4s时，有能量回馈到直流侧，使直流 侧电容电压上升，能量回馈单元开始向电网回馈电流，动态响应比 较快，系统很快的稳定下来，并使直流侧电压下降到650V，避免泵 升电压的产生。
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PWM整流器在能量回馈系统中的的应用
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1 本文研究的主要内容
（1） 对能量回馈的原理进行了分析； （2） 建立三相能量回馈装置的数学模型； （3） 讨论了能量回馈单元的电流控制技术，并设计了 能量回馈装置的主电路参数； （4） 对系统进行了仿真。
能量回馈单元的仿真模型如图所示。此模型主要由一下几部分 组成：三相电压源，变流器IPM，PWM控制单元。
5.1电流滞环控制仿真波形
右上侧的仿真波形为PWM 直流侧母线电压波形，可以看 出，直流侧母线电压最终能够 稳定在给定值，调节电压外环 PI控制器的参数，可以改善直 流电压控制性能。
右下侧的仿真波形 为在PWM整流器稳定运行时a相 相电压与3倍相电流的波形， 可以看二者的相位是一致的， 即功率因数为1。
系统串入500V反电 动势，进入逆变状态， 得到仿真结果如图右 上侧仿真波形所示， 直流母线电压经过调 节后最终稳定在给定 值300V。由右上侧仿 真波形可以看出，在 逆变状态下，整流器 稳定运行时交流侧相 电压和相电流相位相 反，即相差180度，实 现了能量向电网的回 馈。
5.2三角波比较控制仿真波形
最后， 在此对X老师这几个月的教 导致以最诚挚的谢意。也十分感谢X学 长在论文完成过程中所提供的所有帮助。 同时，向在百忙之中抽出时间来答辩的 各位老师表示衷心的感谢！
3.2 三角波比较PWM电流控制
这种方式并不直接将指令信号 i *与三角波比较，而是通过闭 环来进行控制的。从图中可以看出，把交流侧电流指令 i *和实际 电流 进行比较，求出偏差电流，通过放大器A后得到调制波 ， i 调制波和高频三角波进行比较，产生PWM波形，作为功率开关器 件的控制信号，从而获得所需的交流侧电流。放大器A往往采用比 例放大器或比例积分放大器，比例系数或比例、积分系数将直接影 响着电流跟踪特性。这样组成的一个控制系统是基于把* i 控制 i 为最小来进行设计的。采用三角波比较控制时调制波与PWM控制 信号波形如图所示。
2 能量回馈单元工作原理及建模
2.1 能量回馈装置的工作原理
能量回馈装置的主电路为三相逆变器,整流器工作时，有两 个功率管在同一时刻导通。由于直流端设置了电容器，所以直流 端电压为输入线电压的最大值。
能量回馈装置工作时，图2.1中的直流端的电压 v dc 由回馈 ' v dc 替代，能量回馈电路如图2.3所示，直流侧 能量产生的电压 ' 的电压 v dc 大于电源侧线电压，这时六个功率管可以采用180度 导通方式或者120度导通方式。
2.3 PWM技术
SPWM的控制就是根据三角载波与正弦调制波的交点来确定 逆变器功率开关器件的开关时刻，三角载波在一个周期内与正弦 调制波相交两次，相应的逆变器功率器件导通与关断一次。要准 确地生成SPWM波形，就得尽量精确地计算功率器件的导通时刻 和关断时刻。根据采样时刻的选择方式不同，可以分为自然采样 法、规则采样法等。
3 能量回馈单元电流控制技术
直接电流控制是针对间接电流控制的不足——如动态响应慢、 对参数敏感——而提出来的。目前直接电流控制的方法主要有两 种，即滞环比较PWM电流控制和三角波比较PWM电流控制。 3.1 滞环比较PWM电流控制 * 在该方式中，把交流侧电流的指令信号 i 与实际的交流 侧电流信号 i进行比较。两者的偏差作为滞环比较器的输入，通 过滞环比较器产生控制主电路中开关器件通断的PWM信号，该PWM 信号经驱动电路来控制开关器件的通断，从而控制交流侧电流 i 的变化。
根据三相VSR特性分 析需要，三相VSR一般数 学模型的建立可采用以下 两种形式： （1）采用开关函数描述的一般数学模型； （2）采用占空比描述的一般数学模型。
2.2.2 三相PWM整流器的dq数学模型
通过坐标变换将三相对称静止坐标系（a，b，c）转换成以 电网基波频率同步旋转的（d，q）坐标系。这样，经坐标旋转变 换后，三相对称静止坐标系 中的基波正弦变量将转化成 同步旋转坐标系中的直流变 量，从而简化了控制系统设 计。三相静止对称坐标系中 的三相VSR一般数学模型经 同步旋转坐标变换后，即转 换成三相VSR dq模型。
4 能量回馈系统的主电路参数设计
4.1 直流侧电压的设计
（1）满足负载的要求 （2）满足交流测电流波形的需要
4.2 交流侧电感的设计
（1）满足功率指标时的电感设计 （2）满足瞬态电流跟踪指标时的电感设计
4.3 直流侧电容的设计
（1）满足电压环控制的跟随性 （2）满足电压环控制的抗干扰性
5 基于matlab的能量回馈系统的仿真