整流器的直接功率控制
直接功率控制在三相光伏并网系统中的研究

=
+2 )
。
, d c 一 ( 。 +屯 T 2 +i )
式中 : e , e , P 分 别 为三相 交 流 电压 ; i , f , i 分别 为 三相 电流 ; R为 每相 等效 电 阻 ; L为 每相 滤 波 电感 ;
干扰而引起误操作 、 加快电力设备老化 、 增加电能损耗 , 严重时会给电网的安全运行带来威胁。因此为 了 维护电网的安全 , 实现低谐波含量的并网电流 , 需要采用有效可行的方法对并网谐波进行有效抑制。 文献 [ 1 ] 对三相脉冲宽度调制 ( P wM) 整流器进行 了数学建模 , 分析了电压定 向D P C 控制系统的原理 , 通过 Ma t l a b / S i m u l i n k 仿真验证 了三相 P WM整流器的直接功率控制能够有效抑制谐波 、 功率因数高。文献 [ 2 ] 对滑模变结构的直接功率控制技术进行了研究 , 验证 了滑模变结构相对于 P I 控制系统具有更强的抗网 侧电压扰动能力。文献[ 3 ] 在静止坐标系下 P WM整流器的瞬时功率的基础上 , 提 出了一种新型的准直接 功率控制 , 实现了P WM整流器运算量小 、 动态响应迅速又简便可靠 的控制。
摘要: 逆 变器的控制在光伏 并网 系统 中起 着核心 的作 用 , 在 三相光伏并 网 系统 的基 础上对并 网逆 变器提 出了一种直接功 率 控 制的方案。直接功 率控制 ( D P C ) 仅需要测量 交流侧 的电压与电流 , 通过 坐标转换 , 计算 出瞬 时有功功 率与无功功率 , 得 到
第3 0 卷第 1 期 2 0 1 3 年2 月
文章编号 : 1 0 0 5 — 0 5 2 3 ( 2 0 1 3 ) O 1 — 0 0 1 0 0 5
整流器的现状与发展

图 3 二极管箝位型三电平 PWM 整流器
图 1 Boost 型 PWM 整流器
2.2 Buck 型 PWM 整流器 典型拓扑如图 2 所示。这种拓扑与 Boost 型典型
拓扑相比,除了直流储能变成电感之外,在交流侧还 增加了一组滤波电容,可以起到抑制整流桥交流侧谐 波电压的作用。在 IGBT 构成的桥臂上,需要串联与 IGBT 同方向的二极管,以提供阻断反向电流的能力。 它的直流电压方向可逆,在低于电网电压的范围内大
关键词 PWM 整流,直接电流控制,电网电压估算
1.引言 随着工业技术的飞速发展,人们对所使用的电能
的质量要求越来越高;在能源日益危机的今天,以高 效节能、优质合理使用电能为特点的电力电子装置得 到了前所未有的发展。然而,电力电子技术在给人们 的生活带来方便的同般采用不控整流,输出并联大 电容滤波。这种电路的优点是具有很高的可靠性,简 单易用,不需要控制电路。但即使负载为纯阻负载, 由于滤波电容的使用,整流电路的入端电流为脉冲电 流,谐波含量十分丰富。另外由于对输出电压没有控 制,输出电压随负载波动变化较大,使得下一级电路 的设计必须留出一定的裕量,造成对器件使用效率的 限制。在一些电路中采用相控整流虽然可以对输出直 流电压进行控制,但是这种电路的入端电流谐波含量 很高,而且还造成电流的滞后。
功率因数和谐波含量成为电力电子系统设计人员必须 考虑的问题。我国则于 1993 年完成了国家标准《电能 质量及公用电网谐波》的制定,并由国家技术监督局 发布,于 1994 年 3 月 1 日起正式执行。
在这种背景下,人们开始对造成谐波污染的整流 装置进行大量的研究,许多新的整流技术不断被提出 来,以实现低谐波、高功率因数;微处理器技术和电 力半导体技术的飞速发展也为进一步实现电力电子系 统的高可靠性、高性能提供了坚实的物质基础。
PWM整流电路

R ia
Ua
(udc
Sa
uNO )
(9.8)
同理可得b相和c相的微分方程如下:
Ls
dib dt
R ib
Ub
(udc
Sb
uNO )
Ls
dic dt
R ic
Uc
(udc
Sc
uNO )
(9.9) (9.10)
9.3.1三相PWM整流器动态数学模型
对于三相平衡系统,有: U a U b U c 0 ,将式(9.8)、(9.9)、(9.10)变
将式(9.5)、式(9.6)代入式(9.4)得: Ls
Sa Sa 1
Rt Rs
dia dt
R
R ia
Ua
[(ia
Rt
U dc ) Sa ia
(9.7)
Rt
Sa
u NO
]
同一桥臂上下开关不能同时导通,即 Sa Sa 1,同时约定Rt Rs R ,则式
(9.7)可写为:
Ls
dia dt
9.3.1三相PWM整流器动态数学模型
对a相电路,有:
Ls
dia dt
Rs
ia
Ua
(uAN
uNO )
(9.4)
设 R1 为IGBT的等效电阻,当上桥臂开关导通,且下桥臂开关关断时,有:
u AN ia Rt udc
(9.5)
当下桥臂导通,上桥臂关断时有:
u AN ia Rt
(9.6)
种拓扑结构中以多个功率开关串联使用,并采用二极管箱位以 获得交流输出电压的三电平调制,因此,三电平 VSR 在提高 耐压等级的同时有效的 降低了交流侧谐波电压
、电流,从而改善了其
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。
改进预测直接功率控制的UPFC控制策略

改进预测直接功率控制的UPFC控制策略申淑丽;周渊深【摘要】针对统一潮流控制器非线性强耦合特点以及传统控制算法复杂且开关频率过高而增加设备成本的问题,提出一种改进的预测直接功率控制策略.首先分析统一潮流控制器拓扑结构,建立其数学模型,在两相静止坐标系下基于虚拟磁链定向推导变流器的预测直接功率控制模型;其次建立潮流控制的目标函数,选择使目标函数最小的开关状态并将其输出.MATLAB仿真结果表明所提出的控制算法能快速响应有功功率与无功功率的给定值且能保证直流母线电压在无功功率大范围变化时保持稳定.%In allusion to non-linear and strong coupling characteristics of the unified power flow controller and problems of traditional control algorithms such as complexity and increase of equipment costs due to high switching frequencies,this pa-per presents a kind of improved predictive direct power control strategy.It firstly analyzes the topological structure of the u-nified power flow controller,constructs its mathematical model and deduces the predictive direct power control model of the converter based on the virtual flux orientation under the two-phase static coordinate system.Secondly,it establishes the ob-jective function of power flow control and selects switching state to be output that can minimize the function.MATLAB sim-ulating results indicate the proposed control algorithm can rapidly response to set values of active power and reactive power as well as keep DC bus voltage stable as reactive power changes within a large range.【期刊名称】《广东电力》【年(卷),期】2018(031)001【总页数】6页(P93-98)【关键词】统一潮流控制器;预测直接功率控制;虚拟磁链定向;有功功率;无功功率【作者】申淑丽;周渊深【作者单位】中国矿业大学信息与控制工程学院,江苏徐州221008;淮海工学院电子工程学院,江苏连云港222005【正文语种】中文【中图分类】TM76灵活交流输电系统(flexible AC transmission system,FACTS)作为近年来蓬勃发展的电力技术,在控制电网潮流、提高系统稳定性以及增大传输容量等方面为电力系统带来了新的技术选择,具有非常广阔的应用前景。
三相电压型PWM整流器的滑模变结构控制

rt ihm o f r SVPW M n t e h s o r f c o o r c i n i hr e p a e p we a t r c r e to
( 上接第 4 9页) 智能数据采集 终端的软件设 计流程 图如 图 3所示 ,
的高 频 电容 , 以减 少对 电源 的影响 。
( ) 数字地和模拟地就近接大面积地 , 3 以保持地 的
低 阻特性 。 () 单 片机与 AT 0 2 4 T7 2 B的 S I P 通讯连线尽可能
这里重点介绍一下 G TM 9 0的初 始 化 。 0
短, 同时 串上一个 1 0欧姆 的电阻, 消除信号的高频干扰 。
( ) 在 晶振的信号线附近大面积铺地 , 5 禁止其他信
号 线从 中穿过 。 2. 件 抗 干 扰设 计 软
G TM9 0的初始化包括 AP 接入点名称) 0 N( 的配置、 数据模 式的选择 、TC / P功能的进入以及 TC P I P链接的 打开等操作 。AP N的配置主要有 C MWAP和 C MNE T两
[】姜向龙等. 4 三相 P WM 整流 /逆变 系统的李亚普罗夫控 N[】华 中科技大学学报( J. 自然科学版)2 0 ,45 :2 9 . ,06 3 ()9 - 5 [】 王栓庆 , 5 王久和 , 王立 明. 具有快速跟踪能力 的电压型 P wM整流器直接功率控制[ . J 电气传动,0 73 ()2 - 0 ] 2 0 ,75 :7 3 . 【]李培芳 , 6 孙士乾 . 三相电路瞬时电流 , 功率的分解与P r ak 空间分析【]浙江大学学报 ,0 13 ()1 -1 . J. 2 0 , 51:4 6
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。
基于虚拟磁链的风力发电并网变流器直接功率控制研究

S udy on di e tpow e ont o r d・c t r c rc r lofg i _ onne t d _ 。 ce
conve t r or w i r e s f nd- pow e ne aton ys e r ge r i s t m bas ed
r ci e ,nd isw o ki g i i e i nayz d Snc he r a tve a c i e powe s a e c l u ae y si a i he e tf ra t r n prncpl sa l e . i e t e c i nd a tv i r r ac lt d b e tm tng t
由于通 过估计虚 拟磁 链来计算无功与有功功率 ,因此可省略三相P WM整流器 的电网侧 电压传感器 ,该控制系 统的结构为直流输 出电压外环 ,功率控制 内环 。并针对传统虚拟磁链 观测方法存在初始值选 取以及气流偏移
等问题 ,提 出基 于级联型惯性环节的改进型虚拟磁链 观测器。仿真结果表明三相 电压型P wM整流器虚拟 电网 磁链控 制运行具有 良好 的动 、静态特 眭。
Ab t a t A ie tp we o to p r a h b s d o it a u sp ee t d f rt r e p ae v l g o r e P r s r c : dr c o r c n r la p o c a e n v ru l x i r sn e o h e — h s ot e s u c ) l f a M
2o1 . '2
0 引言
在可 再生能源开发 利用的风力发 电技术 中,一 种 交 流励 磁变 速恒 频 双馈 发 电系统 正在 得 到广 泛 应用 阻 ,其发 电机 的励 磁变 频器应 具有 良好 的输 入 、输 出特性 ,同时还必须有 功率双 向流 动的能力 ,
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
毕业论文说明书三相PWM 整流器的直接功率控制仿真研究学号: 学 院:专 业:指导教师:2016 年 6 月计算机与控制工程学院 1205044222 电气工程及其自动化 赵俊梅三相PWM整流器直接控制摘要随着现代工业的发展,越来越多的目光落在了变流装置上,如逆变电源和高频开关等等,这些变流装置大多都需要整流装置的配合。
传统整流器中不论是使用二极管的不控整流,还是使用晶闸管的相控整流都会在电网侧产生大量的谐波电流和电压,造成低功率因数、电网运行不经济等缺点。
本文在此基础上,研究一种基于PWM波的整流控制技术,它可以使得交流侧输入的电压电流实现同相位,减小网侧中的谐波成分。
这种控制的实现是基于电路有功和无功功率的分析,这种技术就是直接功率控制,简称DPC。
本文以电压型PWM整流器为模板,通过分析其拓扑图结构,建立了三相整流器在两相αβ坐标系下的数学模型。
通过学习和研究瞬时功率理论,在模型中加入了瞬时功率计算模块。
设计两相电压uα、uβ比较得到输入电压的相位。
根据这些模块算法建立了PWM整流系统的控制模型。
最后在MATLAB的simulink中建立了PWM整流器直接功率控制的仿真模型,整个控制系统采用双闭环系统反馈控制电流相位。
原理是根据所采集的瞬时功率和电压相位信号推算出此时所需的输出电压,由开关表不同开关量对应的不同输出电压来选取整流器功率开关的通断顺序。
关键词:PWM,整流器,直接功率控制Direct control of three phase PWM rectifierABSTRACTWith the development of modern industry, more and more attention has been on the converter, such as inverter power and high frequency switch. Traditional rectifier, whether using diode rectifiers, or the use of thyristor tube of phase controlled rectifier will at the grid side produced a lot of harmonic current and voltage, resulting in low power factor, power grid operation without economic disadvantage. On the basis of this, this paper studies a kind of rectifier control technology based on PWM wave, which can make the input voltage and current of the AC side to achieve the same phase, and reduce the harmonic component in the network side. This technology is the direct power control, referred to as DPC.In this paper, a voltage type PWM rectifier is used as the template. By analyzing the structure of the topology, the mathematical model of three-phase rectifier in the two-phase. By studying and studying instantaneous power theory, instantaneous power calculation module is added in the model. The phase of the input voltage is compared with the design of the two phase voltage u a and u b. According to these modules, the control model of PWM rectifier system is established.Finally, the simulation model of direct power control of PWM rectifier is established in MATLAB /Simulink. The whole control system adopts double closed loop system to control current phase. The principle is according to the acquisition of the instantaneous power and phase voltage signal is calculated at the required output voltage, by the switching table corresponding to different switch quantity output different voltage to select rectifier power switch of the switching sequence.Key words: PWM, rectifier, direct power control目录1 绪论 (1)1.1 研究的背景及意义 (1)1.2 PWM整流器的研究概况 (2)1.3 直接功率控制技术的发展现状 (2)1.4 毕业设计课题的任务和要求 (3)2 PWM整流器的分析设计 (5)2.1 三相PWM整流器的工作原理 (5)2.1.1 整流器主电路拓扑选择 (5)2.1.2 整流器的开关工作状态 (5)2.2 PWM整流器的数学模型 (6)2.2.1 三相电压在αβ两相静止坐标系下的数学模型 (8)2.3 本章小结 (10)3 三相电压型PWM整流器直接功率控制策略 (11)3.1 三相PWM整流器直接功率控制理论 (11)3.2 直接功率控制系统的基本组成 (11)3.3 直接功率控制系统的工作原理 (12)3.3.1 电压、电流和功率的测量 (13)3.3.2 输入空间扇形区划分 (13)3.3.3 功率滞环比较器 (14)3.3.4 开关状态表 (15)3.4 本章小结 (17)4 系统仿真及实验结果 (17)4.1 整流电路参数的设计 (18)4.1.1 直流侧电压选取 (18)4.1.2 交流侧电感选取 (19)4.1.3 直流侧电容选取 (22)4.2 仿真模型 (23)4.2 仿真波形 (30)4.3 本章小结 (34)参考文献 (35)致谢 (37)1 绪论1.1 研究的背景及意义伴随着半导体科技的快速成长,电力电子装置在交通、工业、能源、运输等领域发挥了越来越重要的应用,其中整流电路可以把交变电压转换为直流电压或可调电压的一种设备[1]。
整流电路一般由主电路、滤波器件和变压器件构成。
1970年以后,整流装置通常采用含有硅的整流二极管以及晶闸管组成。
滤波器接在整流电路后面,但要在负载之前,用作滤出直流电压中的交流谐波。
变压器的设置与否要根据实际情况的不同做出改变。
变压器的作用是电隔离。
它可以减小电路两侧电压和电流之间的影响,使得整个系统运行在更稳定的状态,在一定程度上保证整流供电的可靠性。
整流电路通过对晶闸管触发相位的控制,从而达到控制输出直流电压的目的,所以这种电路又称之为相控整流电路。
这种整流电路的工作机理是当电压到达自然换相点时自然换相,不需要专门设置驱动电路,所以其的使用起来简单方便、稳定可靠,是以在直流电机的转速调节、同步电机的励磁调节、工业制炼、电镀等范围得到广泛的使用。
当相控角α较大时,电压电流的相位偏差很大,无法实现单位功率因数运行,网测电流中谐波成分较大。
此外,一般的整流环节通常采用二极管搭建的不控整流电路或是使用晶闸管的相控整流电路,这样做的好处是可以简单方便的实现整流,但是单纯的使用二极管或晶体管会在电网中产生大量的谐波电流和无功功率损失,造成严重的电网“污染”。
如何提高整流电路的功率因数(实现单位化)、消弭谐波电流已经成为电力电子这门技术中的重要目的,伴随着以PWM整流设备的出现防治这种电网“污染”最有效的解决途径就是,使得变流装置不产生谐波电流,使得电网内电流的正弦化并且实现较高的功率因数。
因为PWM整流器可以使电网内电流处于正弦波输入,并且运行于单位功率因数从而减小电网中的感性无功,最终实现能量的两向流动[2],做到电源绿色无污染,因此开发PWM整流器实现单位功率控制成为解决问题的关键。
风能的大量应用是人类社会迈向新纪元的一个重要标志,其原理是利用风力带动迎风的叶片旋转,再利用提速装置将旋转的速度提升,来促进发电机发电。
由于风力发电机得到的风力是非恒定的,因此其输出的电压是一个变化值,需要经过整流设备整流,再对蓄电瓶充电,把风电能变为化学能。
然后经过有源逆变将化学能变为220V的交流市电,保证稳定的使用。
我国风能资源丰富,如不加以利用会造成极大的资源浪费,因此将PWM整流技术运用到风能发电系统中就变得尤为重要[3]。
在整个风力发电系统中,风电整流技术是很重要的一个环节,为了不造成资源的浪费,使用整流器实现单位功率因数的改变就变得尤为重要。
1.2 PWM整流器的研究概况PWM控制技术是从逆变技术和直直斩波电路中发展出来的,随着全控开关器件的不断完善,PWM控制技术在整流电路里也开始应用了。
对于电压型整流器实施PWM控制有两个目的:第一,保持中间回路直流电压在允许范围;第二,使变压器一次侧的功率因数接近于1,即输入正弦电压电流,且输入电流量可以和电压的波形保持在相同相位的关系[4]。
针对一般的系统,要实现PWM整流器正常工作,需要同时控制直流侧输出电压和交流侧输入电流,直流输出电压作为外环控制量,交流输入电流作为内环控制量。
想要让PWM整流器在单位功率因数运行,可以通过很多控制方法实现。
根据是否测量电流值作为反馈量,反馈控制可以划分为两类:直接电流控制和间接电流控制。
在直接电流控制系统里,通过直流电压控制环节求出交流电流给定量,同时检测交流电流反馈值,由电流给定值与反馈值比较的结果决定开关元件的开关状态,从而达到对交流电流的直接控制,且使其跟踪电流的给定值。