07旋转坐标变换同步与PWM整流器
基于重复控制方法的三相P WM整流器控制策略研究
基于重复控制方法的三相P WM整流器控制策略研究高学军;李克成;佘小莉【摘要】According to the problem that PI control method can hardly restrain the periodic interference,repetitive control method have been introduced to the control of three-phase PWM rectifier.Through the combination of the PI con-trol method and the repetitive control method,not only the stable precision of the system can be improve,but also the dy-namic performance can be balanced.The method can effectively restrain the effect of the periodic interference to the input current and DC voltage.The paper introduces the method of the combination of the PI control method and the repetitive control method in detail,and the improvement of steady-state performance of the system have been verified by the simula-tion.%针对PI控制存在的对周期性扰动抑制能力差的问题，提出了在 PI控制的三相 PWM整流器三闭环控制系统中引入重复控制的方法。
PWM整流器的仿真与分析毕业论文
本科毕业设计论文题目 PWM整流器仿真与分析毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
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【全面版】三相电压型 PWM 整流器原理及控制方法PPT文档
三相电压型 PWM 整流器系统结构图 复位电路采用按键手动复位。
两相电流 传感器
电源 模块
开关器件驱动
直流电压，电流
空基 圆间本，矢 原从量理 而P就 形W是 成M把S(VS三PV相WPWMPWM波)M。控整制流策器略输是入根端据电整压流在器复空平间面电上压转矢换量为切空换间来电控压制矢整与量流保，器护通电的S过V路一P不种W同新M的波的开形控关制状策态略组传。合感构器成8个空间矢量去逼近电压
三相电压型PWM整流
器的拓扑结构如右图所示，
其中在所示的电路中三相电
感L起滤波作用，因此交流 ua ia R
侧电流可近似认为是三相正 弦电流，C为直流侧电容，
ub ib N uc ic
R R
起稳压滤波的作用，当系统
稳定时，可保持直流母线电
压基本不变，故可看作是直
流电压源。R为线路与开关
管的等效电阻，RL为负载。
pW,pV,pU V51+ 的 MPI 接 F F u u 0 0 71C 1 1 0 C1 K 0 01R2 3 C Fu1.0 5 CFu1.0 2 T U O V 5 D 1 N 8 7G 3 N I V F 2 u C 1 1 V51+ F 76 85 u 0 1 3 C3 955PLT 43 21 CCV EGDIRB 0 4 7 R2 7 0 4 7A9U 21 1 J 2NOC MWP
- 直流侧电压
开关管交
流入侧电的压输由此可以看出， PWM整流器的交流回 路的组成有电网电源， 开关管交流侧输入电 压，交流侧电感。
空间矢量PWM(SVPWM)控制策略是根 据整流器空间电压矢量切换来控制整流器的 一种新的控制策略。基本原理就是把三相 PWM整流器输入端电压在复平面上转换为空 间电压矢量，通过不同的开关状态组合构成8 个空间矢量去逼近电压圆，从而形成 SVPWM波。
PWM整流器分类介绍
工作原理：
• 在系统瞬时功率不变的前提下，将三相静止坐标系下 的整流桥相电压变换到两相静止坐标系下（即3/2变 换），用一个模为2Uo/3的空间电压矢量在复平面上表 示出来。 • 由于三相VSR开关是双电平控制，电压矢量只有2*2*2 = 8种，其中Uo (0 ，0，0)、U7 (1, 1,1) 为零矢量， 其余6个非零矢量对称均匀分布在复平面上。在每个开 关周期中对任何给定空间电压矢量U均可用相邻两个有 效开关矢量和零矢量来等效。 • 在一个载波周期内，开关管的导通总是以零矢量开始 并以零矢量结束。
•
因此，为了实现整流器输出直流电流的恒定和输入端 接近单位功率因数，三相电流型PWM整流器的控制实际 上是一个双环控制系统。
• 外环是直流电流控制环，其目的一般是保持 的恒定。 在直流电流环中，采样的直流电流与给定值进行比较， 产生的误差经过PI调节后，输出作为整流器的网侧电 流峰值指令， ，将 与同步信号(单位幅值正弦波) 相乘，作为网侧电流指令信号 ，由 及 组成交流 电流控制环，其目的是要求网侧电流 跟踪给定电 流 ，也即实现了网侧电流对网侧电压的相位跟踪。
3 .PWM整流器的分类
• （1）按输出滤波方式分为：电压型和电流型； 电流型PWM整流器输出端采用串联滤波电感以维持输出电 流低纹波，具有近似电流源的特性。 电流型PWM整流器又称为Buck型整流器，如图2-1所示。交 流侧由L, C组成二阶低通滤波器，以滤除交流侧电流中的 开关谐波;直流侧接大电感，使直流侧电流近似为平滑的直 流。开关器件由可控器件与二极管串联组成扩以提高器件 的反向阻断能力。与电压型PWM整流器相似，电流型PWM整 流器具有四象限运行的能力.
• 以下将详细介绍: • （１）基于虚拟磁链的电压型PWM整流器直 接功率控制：
三电平PWM整流器研究
关键词：三电平 PWM 整流器 中点控制方法
数学模型空间矢量 双闭环控制
PWM 中点平衡问题 复合控制
I
ABSTRACT
In recent years, high- voltage and high-power power electronics devices have been widely used.
Compound control
III
独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个 人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律效果由本人承担。
三相电压型PWM整流器的仿真讲解
摘要为了解决电压型PWM整流器直接功率控制系统主电路参数设计问题,根据整流器在dq 两相同步旋转坐标系中的数学模型建立了其功率控制数学模型.基于功率控制数学模型,结合整流器直接功率控制系统的特点,推得交流侧电感是由功率、功率滞环比较器环宽及开关平均频率决定的;直流侧直流电压是由交流电压、电感及负载决定的;突加负载时直流侧电容是由直流电压波动、功率、电感及负载决定的.根据上述影响主电路参数的诸多因素,提出交流侧电感、直流侧电压及直流侧电容的设计方法.计算机仿真和实验证明了本文提出的设计方法是可行的.关键词PWM整流器; 直接功率控制; 直流电压; 交流侧电感; 直流电容目录1 电压型PWM整流器 (2)1.1电压型PWM整流器拓扑结构及数学模型 (3)1.2 电压型PWM整流器DPC系统结构及原理 (3)2 电压型PWM整流器DPC系统主电路参数设计 (5)2.1 交流侧电感的选择 (5)2.2 直流侧直流电压的选择 (6)2.3 直流侧电容的选择 (7)3 电压型PWM整流器DPC系统仿真与实验 (9)3.1 系统主电路参数设计 (9)3.2 系统仿真 (9)3.3 系统实验 (10)4 总结与体会 (12)参考文献 (13)1电压型PWM 整流器1.1电压型PWM 整流器拓扑结构及数学模型电压型PWM 整流器主电路拓扑结构如图1所示.图中a U ，b U ,c U 为三相对称电源相电压,,a b c i i i 为三相线电流;,,a b c S S S 为驱动整流器开关管(绝缘栅双极型晶体管IGBT)开关函数;jS 定义为单极性二值逻辑开关函数,jS =1(j=a,b,c)则上桥臂开关导通,下桥臂开关关断,jS =0下桥臂开关导通,上桥臂开关关断；dc U 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;,ra rb rc U U U 为整流器的输入相电压;L i 为负载电流。
三相五电平PWM电流型变流器的闭环控制策略
∽
制器的传递函数，墨＇ｗＭ为ＰＷＭ比例增益，ｍ为调 当系统处于稳定状态时，可以认为直流侧电动 势％恒定，忽略其对控制系统的动态影响，此时图 ４简化为图５。
采用典型ＩＩ型系统设计，中频宽和ｈ＝５，电流外
Ｌ驴蕊（ｍ剖．㈣
Ｉ
ｆ’：ＩＯＲＣ一生
第２２卷增刊１
颜湘武等三相五电平ＰＷＭ电流型变流器的闭环控制策略
Ｙａｎ
五电平
电流型变流器
双闭环控制
ＰＷＭ
Ｘｉａｎｇｗｕ
Ｚｈａｎｇ占Ｄ
Ｇ“Ｘｉａｏｂｉｎ
Ｚｈａｎｇ ＬｉＭａ Ｂａｏｄｉｎｇ ｉｎ
Ｌｉ Ｈｅｍｉｎｇ
（Ｎｏｒｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｃｌｏｓｅｄ—ｌｏｏｐ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｉｓ
ａｘｅｓ
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ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｉｓ ｄｉｒｅｃｔ ｖａｌｕｅｓ ｉｎ
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ｉｎ
ｔｈｅ
ｔｈｒｅｅ—ｐｈａｓｅ ｓｔａｔｉｃ
ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ
ａｘｅｓ
ｉｎｔｏ
ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ
ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ
ａｘｅｓ，ｗｈｉｃｈ
ｔｒａｎｓｆｏｒｍｓ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ ＡＣ ｖａｒｉａｂｌｅｓ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｉｓ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｉｓ ｕｎａｃｔｅｄ
１
引言
随着全球对能源需求的增长以及人们对环境
与普通的两电平ＰＷＭ变流器［１－２１相比，多电平 ＰＷＭ变流器具有输出功率大、等效开关频率高、 输入输出谐波小、动态响应快、传输频带宽、电磁 兼容性好等特性［２１。本文应用了一种新型电流型五 电平变流器拓扑结构，建立了三相五电平电流型 ＰＷＭ变流器在ｄｑＯ同步坐标系下的控制模型，其 特点是稳态时所有交流量均转化为直流量，即将对 交流电流的跟踪问题转换为对直流量的调节问题， 从而简化了控制系统特性分析及设计。在此基础上 得出控制规律，经过坐标系ｄｑ０到坐标系ａｂｃ反变 换，由ＰＷＭ信号发生电路得到变流器各桥臂的驱 动脉冲信号。通过ＰＳＩＭ仿真，验证了本文采用的 控制方法不受系统参数的限制，适合线性和非线性 系统，实现了对直流侧电流的控制，减少了交流侧
三相电压型PWM整流器控制策略及应用研究
三相电压型PWM整流器控制策略及应用研究一、概述随着电力电子技术的快速发展，三相电压型PWM（脉冲宽度调制）整流器作为一种高效、可靠的电能转换装置，在电力系统中得到了广泛应用。
其不仅能够实现AC（交流）到DC（直流）的高效转换，还具有功率因数高、谐波污染小等优点，对于改善电网质量、提高能源利用效率具有重要意义。
对三相电压型PWM整流器的控制策略及应用进行深入研究，对于推动电力电子技术的发展和电力系统的优化升级具有重要意义。
三相电压型PWM整流器的控制策略是实现其高效稳定运行的关键。
目前，常用的控制策略包括基于电压矢量控制的直接电流控制、基于空间矢量脉宽调制的间接电流控制等。
这些控制策略各有优缺点，适用于不同的应用场景。
需要根据实际应用需求，选择合适的控制策略，并进行相应的优化和改进。
在实际应用中，三相电压型PWM整流器被广泛应用于风力发电、太阳能发电、电动汽车充电站等领域。
在这些领域中，整流器的稳定性和效率对于保证整个系统的正常运行和提高能源利用效率具有至关重要的作用。
对三相电压型PWM整流器的控制策略及应用进行研究，不仅有助于推动电力电子技术的发展，还有助于提高能源利用效率、促进可再生能源的发展和应用。
本文将对三相电压型PWM整流器的控制策略及应用进行深入研究。
介绍三相电压型PWM整流器的基本原理和常用控制策略分析不同控制策略的优缺点及适用场景结合实际应用案例，探讨三相电压型PWM整流器的优化改进方法和发展趋势。
通过本文的研究，旨在为三相电压型PWM整流器的设计、优化和应用提供理论支持和实践指导。
1. 研究背景与意义随着全球能源危机和环境污染问题日益严重，可再生能源的利用与开发已成为世界各国关注的焦点。
作为清洁、可再生的能源形式，电能在现代社会中发挥着至关重要的作用。
传统的电能转换和利用方式存在能量转换效率低、谐波污染严重等问题，严重影响了电力系统的稳定性和电能质量。
研究高效、环保的电能转换技术具有重要意义。
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三相- 两相静止坐标变换矩阵：
Tabc
1 1 2 2 3 3 0 2
1 2 3 2
b
b
b
u Tabc uabc ?
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24
仿真验证：alpha_beta_coodinates
三相静止坐标abc到两相旋转坐标dq的变换
36
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课后作业提交
报告文件:
仿真文件(S学号后3位_内容_版本,如S387_boost_10b) 及其文档说明(pdf, word2003, word2007文档)
下周3晚11点前E-mail提交到：
shuzeliang@ 或 mailtosunny@
Tabc dq iabc
id iq
dq iabc Tabc
26
iq id
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dq坐标下的三相电流的微分方程
R 1 dia dt L ia L ua Va R 1 dib ib ub Vb L L dt R 1 dic dt L ic L uc Vc
5
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有源逆变与无源逆变
无源逆变：
把直流电能变换到交流电能，再直接向非电 源负载供电的逆变电路
有源逆变：
在逆变电路中，把直流电能经过直-交变换， 向交流电源反馈能量的变换装置
6
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有源逆变与无源逆变
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有源逆变与无源逆变
8
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有源逆变与无源逆变
9
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课后作业（期中作业选做题1）
PWM整流电路的建模与仿真
基于Ip/Iq方法控制PWM整流器，实现有功无功解耦控 制，实现直流电容的稳压控制 分别采用滞环电流和电压空间矢量技术进行PWM调制 仿真分析直流侧负载突变时，直流电容、输入电流的 动态性能。探讨减少直流电压波动的控制方法 报告内容包括：
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理想开关电压模型
以直流电容负端为参考点位, 桥臂A的输出端电压为:
Va SaVdc
16
0 关断时 其中 Sa 1 导通时
西南交通大学
连接电抗器数学模型
桥臂A连接电抗器上的电压为:
17
di VLa Ria L a dt
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AB两桥臂电压回路方程
基尔霍夫电压定理：
sin(t ) u a 2 U sin(t - ) uabc u max b 3 uc 2 sin(t ) 3 2 2 sin sin( ) sin( t t t ) 2 3 3 2 2 3 cos t cos(t ) cos(t ) 3 3
31
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Modeling and Simulation of Power Electronics System
Id/Iq-Based Control System
基于Id/Iq的控制系统
32
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SVPWM-based PWM Rectifier Control
33
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SVPWM-based STATCOM Control
电源
12
连接电抗
三相桥开关
直流电容 负载
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Modeling and Simulation of Power Electronics System
Mathatical Modle
数学模型
13
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理想开关下的三相电流模型
基尔霍夫电流定理：
三相输入电流的关系:
iabc Sa ia Sb ib Sc ic
27 西南交通大学
dq坐标下的三相电流的微分方程
Tabc dq iabc
udq L
id i q
dq iabc Tabc
iq id
d (Tabc dq iabc ) dt
dq iabc R Tabc dq iabc Tabc dq Vabc L Tabc
Basic Modules for Power Electronic Applications ——PWM Rectifier Control Using Synchronous Transformation Algorithm
Zeliang Shu Department of Electronic Engineering, Southwest Jiaotong University
did L dt L iq R id Vd diq L L i R i V d q q dt
28
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控制系统模型
did 3 i i L L R U q d max Vd dt 2 Vdq diq Vq L L id R iq 0 dt
29
西南交通大学
控制系统模型-Vd的计算
did 3 L L iq R id U max Vd 2 dt Vdq diq Vq L L id R iq 0 dt
Modeling and Simulation of Power Electronics System
Equivalent System Circuit of PWM Rectifier
PWM整流器的系统等效电路
10
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三相电压源型整流器主电路
11
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三相电压源型整流器等效电路
14
0 关断时 其中 Sa 1 导通时
西南交通大学
直流电容充放电电流计算
基尔霍夫电流定理：
iabc idc iload
其中
15
iabc Sa ia Sb ib Sc ic
C dVdc Sa iga Sb igb Sc igc iload dt
d V idc C dc dt
dia ua Ria L S aVdc dt dib SbVdc L Rib ub dt 18
0
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AB、BC、AC两桥臂回路三电压方程
dia dib ua Ria L S aVdc SbVdc L Rib ub 0 dt dt dib dic ub Rib L SbVdc ScVdc L Ric uc 0 dt dt dia dic ua Ria L SaVdc ScVdc L Ric uc 0 dt dt
uabc
dia L dt u a R ia Va dib V ub L R ib b dt uc R ic Vc di L c dt
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PWM整流器及其控制算法的建模
35
rectifier_SVPWM.mdl
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课后作业
多坐标变换的分析与仿真
分析三相静止坐标(abc)、两相静止坐标(αβ)和两相同 步旋转坐标(dq)三个坐标系之间的相互变换矩阵 建立三者间变换矩阵的仿真模型 建立简单三相系统模型，分析该模型的三相负载电流 在αβ和dq坐标系下的变换结果
电力电子应用中的基本模块
同步旋转坐标变换 与PWM整流器
舒泽亮 西南交通大学 电气工程学院
shuzeliang@
Modeling and Simulation of Power Electronics System
Paper Review
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Paper Review
diabc udq Tabc dq uabc L Tabc dq R Tabc dq iabc Tabc dq Vabc dt d (Tabc dq iabc ) diabc dq iabc 因为 Tabc dq Tabc dt dt d (Tabc dq iabc ) dq iabc R Tabc dq iabc Tabc dq Vabc udq L L Tabc dt
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控制系统模型-Vq的计算
did 3 L L iq R id U max Vd 2 dt Vdq diq Vq L L id R iq 0 dt
q
d
a
c
Tabc dq
b
udq Tabc dq uabc ?
udq Tabc dq uabc 3 U max 2 0
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仿真验证：dq_coodinates
dq坐标变换矩阵的导数
2 2 sin sin( ) sin( t t t ) 2 3 3 2 2 3 cos t cos(t ) cos(t ) 3 3
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AB、BC、AC两桥臂回路三电压方程
dia dib ua Ria L SaVdc ub Rib L SbVdc dt dt dic uc Ric L ScVdc dt