三電平變流器調(diào)制策略研究

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1、三電平變流器調(diào)制策略研究劉成華深圳市三和電力科技有限公司廣東深圳518055摘要：目前，在高壓大功率領(lǐng)域中，由于二極管鉗位型三電平PWM整流器可以提供正弦化、低諧波的輸入電流，可控功率因素，以及能量可以雙向流動(dòng),因此得到越來越廣泛的應(yīng)用。本文主要對二極管鉗位型三電平整流器的控制系統(tǒng)進(jìn)行研究。依據(jù)三電平PWM整流器在不同吋刻開關(guān)函數(shù)的拓?fù)溥B接關(guān)系，在將負(fù)載處理為擾動(dòng)量的基礎(chǔ)上，木文建立了三電平PWM整流器在三相靜止ABC坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型，并通過坐標(biāo)變換，得到同步旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型,使三相交流量轉(zhuǎn)化為兩相直流量，簡化了該數(shù)學(xué)模型，并為以后的控制器設(shè)計(jì)和穩(wěn)定性分析

2、提供了理論依據(jù)。關(guān)鍵詞：三電平變流器；調(diào)制；策略1PWM1.1中小型PWM高頻整流器能量可回饋型的PWM整流器均采用全控型半導(dǎo)體開關(guān)器件，它比PFC電路具有更快的響應(yīng)和更好的輸入電流波形。由于最初的半導(dǎo)體器件(SCR,GT0)都是單向?qū)ǖ模噪娏餍驼髌鞒霈F(xiàn)的時(shí)間要早一些。而實(shí)際應(yīng)用中，電壓型的PW整流器占絕大多數(shù)，特別是在中小功率領(lǐng)域。拋開整流器的輸入電感，整流器的主電路和逆變器是一樣的。穩(wěn)態(tài)時(shí)工作時(shí)，輸岀直流電壓不變，開關(guān)管按止弦規(guī)律脈寬調(diào)制，整流器交流側(cè)的輸出電壓和逆變器相同。忽略整流器輸出交流電壓的諧波，變換器可以看作是可控正弦三相電壓源。它和正弦的電網(wǎng)電

3、壓共同作用于輸入電感，產(chǎn)生正弦電流波形。適當(dāng)控制整流器輸出電壓的幅值和相位,就可以獲得所需大小和相位的輸入電流。1.2.2大容量PWM高頻整流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由于功率開關(guān)的限制，采用以上拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對于高電壓、大電流、大容量系統(tǒng)可能不適用，這就出現(xiàn)了高電壓和大電流的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。高電壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一般分為無變壓器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和有變壓器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其中，無變壓器拓?fù)洮F(xiàn)在應(yīng)用最多的是三電平PWM高頻整流器，有變壓器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一般指多個(gè)模塊通過變壓器串聯(lián)。采用變壓器進(jìn)行串聯(lián)的拓?fù)湫问叫阅芎?，開關(guān)頻率低，但是需要一個(gè)很大的變壓器。以上的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)適合于大容量中電壓等級(jí)高的情況。當(dāng)大容量系統(tǒng)的電壓等級(jí)不

4、是很高，但電流等級(jí)高的時(shí)候，以上拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)將不再適用，需要采用多個(gè)PWM整流器并聯(lián)。三相PWM整流器系統(tǒng)的并聯(lián)一般分兩種情況：有變壓器并聯(lián)與無變壓器并聯(lián)。2多電平變換器的調(diào)制策略簡述2.1多電平變換器的調(diào)制策略大致有三種：((1)正弦PWM調(diào)制(SPWM)；(2)選擇諧波消除PWM調(diào)制(SHEPWM)；⑶空間矢量PWM調(diào)制(SVPWM)。多電平的SPWM調(diào)制策略是對兩電平的SPWM調(diào)制策略的一種擴(kuò)展。對于N電平逆變器，在每個(gè)相中有門-1個(gè)三角載波，N-1個(gè)三角載波和正弦波調(diào)制相比，逆變器的波形。特定消諧PWM調(diào)制方法的傅里葉變換的正弦波輸出，得到最低的諧波應(yīng)該淘汰的，通

5、過一定的算法專用開關(guān)位置角的計(jì)算，從而消除最低諧波。計(jì)算選擇性諧波消除的PWM方法比較大，需要離線計(jì)算，而在DSP或微處理器中存儲(chǔ)大量的形式，所以波形質(zhì)量要求不是很高的地方一般不采用這種調(diào)制策略。空間矢量PWM調(diào)制方法是用旋轉(zhuǎn)電壓矢量代替abc坐標(biāo)系中的三相正弦交流電壓。每個(gè)扇區(qū)的旋轉(zhuǎn)矢量可以由三個(gè)相鄰的I古I定電壓矢量組成?？刂迫齻€(gè)矢量的時(shí)間等于控制旋轉(zhuǎn)電壓矢量的長度和方向。在這三種調(diào)制方式中，由于空間矢量PWM調(diào)制方法的調(diào)制范圍犬，母線電壓利用率相對較高，因此得到了廣泛的應(yīng)用。在木文中，控制系統(tǒng)也是SVPWo2.2電壓型PWM整流器的控制數(shù)學(xué)模型的建立是整流器有效

6、控制的基礎(chǔ)。一般認(rèn)為半導(dǎo)體器件是一種理想的開關(guān)，根據(jù)不同開關(guān)方式的電路拓?fù)潢P(guān)系，得到原整流器模型。原來的模型只能用于仿真計(jì)算，難以用于系統(tǒng)分析。采用狀態(tài)空間平均法消除模型的不連續(xù)性,采用坐標(biāo)變換法將穩(wěn)態(tài)交流變量作為直流變量?？刂颇繕?biāo)是輸入電流，輸出電壓為2。輸入電流控制是整流系統(tǒng)控制的關(guān)鍵。因?yàn)槭褂肞WM整流器的目的是使輸入電流波形正弦。其次，有效控制輸入電流的實(shí)質(zhì)是有效控制變流器的能量流和輸出電壓的控制。根據(jù)這一觀點(diǎn)，整流器可分為兩類：間接電流控制和直流控制。間接電流控制又稱為幅相控制，它通過調(diào)節(jié)整流器交流側(cè)電壓的幅值和相位來控制輸入電流。電流控制是基于整流器的空間

7、矢量圖或相量圖。間接控制的靜態(tài)特性很好。由于電流傳感器不需要，成本相對較低。但到目前為止，間接控制應(yīng)用的例子是罕見的。這是因?yàn)殚g接控制法是基于穩(wěn)態(tài)視圖。系統(tǒng)的暫態(tài)過程是根據(jù)其自然特性完成的，整流器的固有特性非常差。因此，在間接電流控制過程屮,電流超過100%,電流振蕩嚴(yán)重，系統(tǒng)穩(wěn)定性差，響應(yīng)速度慢。在本文中，輸入電流反饋的控制方法被稱為直接電流控制。直流控制具有很好的動(dòng)態(tài)性能。根據(jù)系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)可將直流控制分為三種類型。2.2.1電壓電流雙閉環(huán)控制方式這是目前應(yīng)用最廣泛、最實(shí)用的控制方式。它們的共同特點(diǎn)是：輸入電流和輸出電壓分別控制。電壓外環(huán)的輸出