無網(wǎng)側電動勢傳感器的PWM可控整流的研究
郭文博,楊貴杰,李鐵才
(哈爾濱工業(yè)大學.黑龍江哈爾濱150001)
摘要:針對由傳感器帶來的高成本、低穩(wěn)定性等諸多缺點,提出一種無網(wǎng)側電動勢傳感器的PWM可控整流控制策略。在對三相電網(wǎng)電動勢方程分析的基礎上,利用交流電流偏差調節(jié)法重構了網(wǎng)側電動勢的幅值和相角,建立了PWM可控整流的Matlab仿真模型驗證理論的正確性。仿真結果表明,該系統(tǒng)能夠迅速準確地辯識出電網(wǎng)電動勢,并且能夠以單位功率因數(shù)運行于整流和逆變,實現(xiàn)了能量的雙向傳輸。
關鍵詞:PWM;閉環(huán)電網(wǎng)電壓重構;單位功率因數(shù)運行
中圖分類號:TM34 文獻標識碼:A 文章編號:1004—7018(2008)12—0001—03
0引言
PWM整流器是應用脈寬調制技術發(fā)展起來的一種電源變流器,它實現(xiàn)了網(wǎng)側電流正弦化,且運行于單位功率因數(shù),甚至可以雙向傳輸,不但可以節(jié)約能源,還能減小電網(wǎng)污染,在能源日益緊缺和電力系統(tǒng)中諧波和無功問題越來越嚴重的今天,這種能夠雙向高效率傳輸能量的變頻器逐漸成為研究熱點[1]。
隨著對PWM整流器控制策略研究的不斷深入[2],傳感器帶來的問題逐漸突出,眾多的傳感器不但增加成本,還會加大系統(tǒng)的不穩(wěn)定性,而且在某些特殊的環(huán)境下獨立的傳感器會帶來安裝的不方便。為進一步簡化PWM整流器的信號檢測,ToshiHiko Noguchi等學者相繼提出了無傳感器的PWM整流器控制策略,得到了廣泛的關注。
通常情況下,PWM整流器有三種傳感器:網(wǎng)側電動勢傳感器,網(wǎng)側電流傳感器和母線電壓傳感器。后兩種傳感器對系統(tǒng)的過流和過壓保護有著重要作用,因而一般情況下予以保留,而網(wǎng)側電動勢傳感器則可以通過計算得到,對此研究人員相繼提出了幾種無電網(wǎng)電動勢傳感器的PWM整流器控制策略[3-5]。本文利用交流電流偏差調節(jié)重構了電網(wǎng)電動勢,Msttab仿真結果表明,該系統(tǒng)能夠準確辨識出電網(wǎng)電動勢,并且能夠以單位功率因數(shù)實現(xiàn)整流和逆變,對實現(xiàn)“綠色電能變換”有一定現(xiàn)實意義。
1無網(wǎng)側電動勢傳感器的PwM可控整流
1.1網(wǎng)側電動勢重構原理
對電網(wǎng)電動勢的重構主要有兩種方案:一是通過負功率的估計來重構電網(wǎng)電動勢[6],這是一種開環(huán)估計算法,因而精度不高,并且在負功率估計算法中,由于含有微分項,容易引入干擾;另一種方案是基于交流電流偏差調節(jié)的網(wǎng)側電動勢重構[7-8],這是一種閉環(huán)估計算法,因而精度較高。本文采用的是第二種方法。
圖1為無網(wǎng)側電動勢傳感器的PWM整流器拓撲圖[9]。
對于三相平衡系統(tǒng)來說,設相電動勢的峰值是Em,角速度為ω,初始角度為θ0,有θ=ωt+θ0,則三相電網(wǎng)電動勢的表達式:
而在三相靜止坐標系(a-b-c)中,三相電壓通常還可以表示如下:
式中:i是整流器的輸入電流,v是輸入電壓。引入基于估計相角θ的坐標變換,代表估計值,變換矩陣為:
上述電壓議程轉化到兩相旋轉坐標系(d,q)中可以得勝到:
各分量之間的關系如圖2所示。
將上圖中各分量寫為適量形式,則可以得到如下的電壓方程表達式:
將式(5)、式(6)離散化,可以求得:
式中:Ts是PWM采樣周期。通過式(7)求得電流離散表達式:
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