功率前馈电压型PWM整流器直接功率解耦控制
- 格式：pdf
- 大小：389.24 KB
- 文档页数：4
第26卷第2期 辽宁工程技术大学学报 2007年4月 Vol.26 No.2 Journal of Liaoning Technical University Apr. 2007
收稿日期：2006-04-12 基金项目：北京市自然科学基金重点资助项目（KZ200710772015），北京市属市管高等学校“拔尖创新人才计划” 资助项目（2006） 作者简介：王久和（1959 -），男，辽宁 辽阳人，博士，教授，主要从事电力电子技术与传动等方面的研究。本文编校：杨瑞华
文章编号：1008-0562(2007)02-0238-04 功率前馈电压型PWM整流器直接功率解耦控制 王久和1，杨 微2，李华德3 （1. 北京信息工程学院 信息与通信工程系，北京100101；2.西安市古建筑园林设计研究院, 陕西 西安710061; 3.北京科技大学 信息工程学院，北京100083） 摘 要: 针对有功功率和无功功率互为耦合问题，根据整流器在同步旋转dq坐标系中的数学模型推出功率控制数学模型，提出了电
压型PWM整流器直接功率前馈解耦控制新策略，获得有功功率和无功功率独立控制效果。依据新的输入电压空间划分及合成空间矢量，确定了新的功率控制开关表。根据电源电压空间矢量位置和功率控制所需整流器输入电压空间矢量位置,在新的功率控制开关表选择开关函数，给出了系统的功率控制器和电压控制器的设计方法。计算机仿真结果表明，该策略具有可行性。 关键词: PWM整流器；直接功率控制；功率前馈解耦；扇区；电压空间矢量
中图分类号：TM 4 文献标识码：A Direct power decoupling control of three-phase boost type PWM
rectifiers based on power feedforward WANG Jiu-he1，YANG wei 2，Li Hua-de 3 (1.Department of Information & Communication Engineering, Beijing Information Technology Institute， Beijing 100101，China；2.Xi'an Institute of Landscape and Traditional Architecture Design and Research, Xian 710061, China; 3.College of Information Engineering ,University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China) Abstract：In view of the fact that active power and reactive power have coupling relation, the paper deduces the power control mathematical model of three-phase boost type PWM rectifiers based on the mathematical model of rectifier in synchronousdqcoordinates and proposes a new direct power control (DPC) strategy of three phase
boost type PWM rectifiers based on power feedforward decoupling, and the independent control of active power and reactive power are obtained. A new power control switching table is set up according to new dividing of input voltage space and resultant voltage space vectors. The switching functions are selected in new power control switching table according to the position of source voltage space vector and input voltage space vector of rectifier required. This paper gives the design method of power controller and voltage controller. Simulation results show that the control strategy is feasible. Key words：PWM rectifier；direct power control；power feedforward decoupling；sector；voltage space vector
0 引 言 PWM整流器直接功率控制策略(DPC)具有结构、算法简单，动态响应快，单位功率因数等优点，引起成为国内学者的极大关注。为提高电压型PWM整流器DPC系统的性能，提出了不同控制策略[1]；如基于虚拟磁链定向（VFO）的PWM整流
器DPC策略[2-4]可降低开关频率，简化电压和功率
算法，降低网侧电流总畸变率（THD）；设置扇形边死区的PWM整流器DPC策略[5]较好的解决了整
流器DPC系统中功率滞环比较器滞环宽度、开关频率及有功功率之间的制约关系；基于输出调节子空间的PWM整流器DPC策略[6]取瞬时有功和无功
功率为输出量，根据瞬时有功和无功功率导数，及时选择整流器输入电压矢量控制瞬时有功功率和无功功率，获得了良好的控制效果。采用双开关表的控制策略[7]较好的进行有功和无功功率的控制,
但控制较为复杂.尽管采用了上述各种控制策略，由于电压型PWM整流器属于混合非线性系统，有功功率与无功功率相互耦合，影响了系统的性能[8]。
对此，根据电压型PWM整流器在同步旋转dq坐标
系中的数学模型，建立了整流器的功率控制数学模型，提出了功率前馈解耦控制策略，并采用新的功率控制开关表予以实现，计算机仿真证明了该策略的可行性。 第2期 王久和，等：功率前馈的电压型PWM整流器直接功率解耦控制 2391 电压型PWM整流器数学模型
1.1 在dq两相同步旋转坐标系统中数学模型 电压型PWM整流器主电路拓扑结构如图1。图中ua、 ub 、uc为三相对称电源相电压；ia、 ib、 ic 为三相线电流；S
a、Sb、Sc为整流器的开关函数，
Sj 定义为单极性二值逻辑开关函数，Sj（ｊ＝a、ｂ、
ｃ）＝１（上桥臂开关导通，下桥臂开关关断），
Sj＝0（下桥臂开关导通，上桥臂开关关断）；Udc
为直流电压；R、L为滤波电抗器的电阻和电感；C
为直流侧电容；RＬ为负载；ura、urb、urc为整流器
的输入相电压；idc为负载电流。为建立数学模型作
如下假设：① 电源为三相对称正弦电压；② 滤波电感是线性的，且不考虑饱和；③ 开关管为理想开关，无损耗。
+
−+++−−−
ua
ub
ucLLLRRRNia ibi
c
SaSbSc
SaSbSc
ABC
O
Udc
Ura
Urb
Urc
CRＬ
iL
idc
图1 电压型PWM整流器主电路 Fig.1 power circuit of three-phase boost type PWM rectifier
根据图1，遵守功率不变的原则，经正交变换将三相abc坐标系中系统变量变换到dq两相同步
旋转坐标系统中。 经变换后，三相电压型PWM整流器在dq两相同步旋转坐标系中的数学模型为
ddd
d
dddqrd
qqqdrq
iLuRiLiutiLuRiLiutωω⎧=−+−⎪⎪
⎨
⎪=−−−
⎪⎩
(1)
LccRUt
UCUiUpdddcdcdcdd+== (2)
式中, dcdcUSuUSuqrqdrd==；; urd、urq 与Sd、Sq分别为整流器输入电压矢量、开关函数在d、q上的分量；ud、uq与id、iq为交流电源电压矢量、
与电流矢量在d、q上的分量。
1.2 电压型PWM整流器的功率控制数学模型 整流器的瞬时有功功率为电压矢量与电流矢量的标量积，瞬时无功功率为电压矢量与电流矢量的矢量积。
在三相对称电压情况下，3/2dmuU=
(Um为电源相电压的幅值)，0qu=，p、
q计算可简化为 3/23/2md
mq
pUiqUi⎧=⎪
⎨=−⎪⎩
(3)
根据式（1）及功率计算式（3），可得以p、q
为变量的功率控制数学模型
2d1.5
d
dd
mrd
rq
pLURpLqptqLRqLpqtωω⎧=−−−⎪⎪
⎨
⎪=−++
⎪⎩
(4)
式中,3/2,3/2rdmrdrqmrqpUuqUu==，视为整流器的功率控制输入。 若略去电阻R、主电路开关功率损失，根据功率平衡，由式（2）可得
LRUtUCUiUp2dcdcdcdcdcdd+== (5)
设2dcUUd=，则式（5）变为 d1
2ddd
L
UUpCtR=+ (6)
由式(4)知，p、q是相互耦合的，给功率控制造成困难。由式(5)或式(6) 可知，直流电压由p决定。
2 整流器前馈功率解耦控制 2.1 前馈功率解耦控制系统结构 将功率控制模型（4）变为如下形式 212
d1.5
d
dd
mrdcoco
rqco
pLURpLqppp
t
qLRqLpqq
t
ωω⎧=−−−++⎪⎪
⎨
⎪=−+++
⎪⎩
(7)
式中，12,,cococoppq为实现前馈功率解耦控制引入的补偿项,1copLqω=,221.5compU=−,coqLpω=−则可实现解耦。 根据式(7)得整流器前馈功率解耦控制结构如图2。 2.2 功率解耦控制实现
为简化系统，省去PWM调制模块，将图2 中的满足控制要求的rdp、rqq经/dqTαβ变换，得到pα、qβ。由pα、qβ确定所需ur的扇区位置，即
arctn/nqpβαθ=
。为增加功率控制精度，输入电压空
间按图3划分，即 ()23(21)1212nnnθ
ππ
−≤≤− n=1,2,…,12 (8)
