三相电压源PWM整流器的谐波降频分析

Nooka Pavan Kumar Reddy¹puthirdy Umapathi Reddy²

印度安德拉德邦蒂鲁帕蒂Sree Vidyanikethan工程学院电气与电子工程系助理教授
印度安德拉德邦蒂鲁帕蒂Sree Vidyanikethan工程学院电气与电子工程系教授

摘要

本文研究了带三相负载的脉宽调制整流器三相电压源降谐波的规划与仿真。在支持PWM整流器数学模型的基础上，对三相电压源整流器采用了具有解耦前馈管理的双闭环工程方法。要达到的目标是识别输入交流电源的统一功率因数问题并调节输出电压。本文给出了MATLAB/SIMULINK仿真模型，仿真结果验证了该模型及其管理技术的合法性。

关键字

PWM整流器，单位功率因数，解耦前馈控制，MATLAB仿真。

介绍

现代电子器件通常由二极管或晶闸管前端馈电。这种设备产生更高的谐波进入电网。现在这些问题变得越来越严重。电网扰动可能导致电气设备故障或损坏[1]-[3]。因此，目前人们开发和研究了许多消除电力系统谐波污染的方法。许多国家对电流和电压谐波的限制与流行的“清洁电力[4]-[5]”概念有关。PWM整流器的优点是功率双向流动，输入电流接近正弦，输入功率因数调节到统一，线路电流谐波失真低(THD低于5%)，直流链路电压(或电流)调节和稳定，由于连续电流[6]-[7]减小电容(或电感)尺寸。在实际实施中，数据中心管理主题被广泛采用。各种管理方法是直流控制主题[8]中输入交流电流的投影标准。正常的管理方法建立了两个回路:线路电流内环和输出电压外环，分别用于功率发放补偿和电压调节。 During this paper, the planning technique [9] and controller model supported DC control square measure analyzed [10]. Achieving strength to load variations isn't a straightforward management drawback as a result of whenever load varies the amplitude of the road current should modification to a brand new price to stay dc voltage regulation, however keeping the management objective over the road current[11]. It’s troublesome to treat this drawback as a trailing drawback while not activity the load since the road current reference depends on that. a strong controller for rectifier exploitation the International Development Association approach and GSSA modeling is planned in [12]. It is same that the tactic rework the nonstandard trailing management drawback into a regulation one. Identical resolution by the IDA-PBC is conferred in Work [8]. But it's price to more study to prove the practicable ness in actual implementations [13].This paper briefly reviews the principles of 3-phase PWM rectifier, gives a dual close-loop design method of system controller. The control strategy is proved feasibility by MATLAB/SIMULINK simulation with different loads.

三相电压源PWM整流器模型

三相电压源整流器结构如图1所示。电路图是为了建立数学模型，假设交流电压为平衡三相电源，滤波器电抗器为线性，IGBT为理想开关和无损[5]。其中Ua、Ub、Uc为三相平衡电压源的相电压，ia、ib、ic为相电流，Vdc为直流输出电压，R1、L分别为滤波电抗器的平均电阻和电感，C为直流母线上的平滑电容，RL为直流侧负载，Ura、Urb、Urc为整流器的输入电压，iL为负载电流。

下式描述了升压型整流器在Park协调或d-q时的动态特性:

式中，Urd = SdVdc, Urq = Sq Vdc, Urd、Urq和Sd、Sq分别为同步旋转d-q坐标下整流器、开关函数的输入电压。Ud、Uq和id、iq分别为同步旋转d-q坐标下的电压源、电流。是角频率。

A.电流回路设计

由(1)可知，d-q电流控制回路中存在相互干扰。因此，电压解耦器设计用于解耦电流控制回路，并且还添加了合适的源电压前馈控制元件以加快电流响应。所提系统中整流器的d-q电流控制回路如图2所示。其中d - q电压命令可以表示为

我们考虑(1)中的假设，得到如下等式:

目前的控制采用简单的比例积分(PI)控制器;Urd和urq由以下表达式控制:

假设d-q电压命令对于PWM调制的线性操作不饱和，并且d-q电流控制回路已经完全解耦。对于d轴电流控制回路，其结构可简化为图3。

当考虑电流响应速度时，电流调节器可以设计成典型的I型系统。对于极点零抵消，取Ti = L / R。

开环电流传递函数可表示为

提出了一种基于互连和阻尼分配(IDA)方法和广义状态空间平均(GSSA)建模的整流器鲁棒控制器，将非标准跟踪控制问题转化为规则跟踪控制问题。基于互连和阻尼分配的无源控制(IDA-PBC)也提出了相同的解决方案。但这些解决方案在实际环境中的可行性还有待验证。

图5。三相电压源PWM整流器系统模型

由图4可知，系统的开放传递函数为

仿真结果

利用MATLAB/SIMULINK对解耦双闭环控制器进行了仿真，验证了所提模型所描述的VSC的性能。整个系统的行为被模拟为一个离散控制系统。仿真模型如图5所示，电流调节器单元图6所示。实际的整流器显示在图1中模型的顶部。在电路中，交流电源是一个理想的频率为50Hz的平衡三相电压源。相电压为380V。各相的线路电阻为0.0lΩ。每相线电感为5mH。输出电容为4700uF。在稳定状态下，直流电压设置为500V。 The switching frequency is 10 kHz.The following two figures summarize the results of the simulation. The first figure 7 shows the transient response of the output voltage during the load variation. The second figure 8 shows transient response of input current for a step load change. At t=200 ms, a 10-kW load is switched-in. By exploitation nonlinear input transformation, the traditional nonlinear models are improved to linear models. This improvement makes the look of the controller become easy [6]. The controller is designed analytically and severally with the in operation purpose.

本文研究了三相电压供电整流器的解耦前馈控制器。仿真结果表明，在任何时间内都能实现对各直流量和无功功率的响应。本文设计的答案需要对输入电压、线路电流和输出电压进行传感。通常来说，工业质量为整流器面积单位变质量，这是最不利的，容易得到控制器。实现负载变化的强度并不是一个直接的管理缺点，因为每当负载变化时，路电流的幅度应该修改为一个全新的价格以保持直流电压调节，但是保持管理目标在路电流形式上。将此缺点视为尾随缺点而不活动负载是很麻烦的，因为道路电流参考依赖于此。利用国际开发协会方法和GSSA建模，设计了一个强大的整流器控制器

结论

本文对整流器的建模进行了重大改进。利用非线性输入变换，将传统的非线性模型改进为线性模型。控制器是解析设计的，并在限制范围内运行。三相供压整流器的控制器是为了降低谐波，电压控制回路的主要功能是保持输出电压的稳定。因此，在设计电压环时必须考虑噪声的抗扰性。此外，三相电压源PWM整流器的使用可以扩展到各种负载，使用这种方法可以分析特定负载电路的功率因数，并且使用各种功率因数校正方法可以使系统在接近统一的功率因数下运行，以优化其性能。

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