单相电压型PWM整流器预测直接功率控制
PWM整流器直接功率控制系统的设计

Absr c :Ths p p r a p id t o i r t n wih o ti e lo fVDC nd i sd o p o o r ta t i a e p le he c nf gu a i t u sd o p o o a n i e l fp we c nto o de i n PW M e tfe o r lt sg r c iirDPC y t m s d o s se ba e n c r i a e,c o e s t h v l me o n t o dn t h s wic o u fi pu
P WM 整 流 器 直接 功 率 控制 系统 的设 计
郭 宝 宁
( 江苏 海 事 职业 技 术 学 院 , 江苏 南京 217) 1 10
摘
要 : 用 直 流 电压 外 环 、 采 功率 控制 内 环 结 构 , 计 了基 于 ( ) 标 系下 的 P M 整 流 器 直 接 功 率 控 制 器 , 设 坐 W 根
me to c ie p we n e c ie p we .B s d o a lb S mu i k i i tv d l y t m mi — n f t o ra d r a t o r a e n M t / i l t i emo e ,s se i t a v v a n m a a
v l g wi h tbeso e co dn o VAC a d isa tp we o raie t erao a l du t ot ei s t a l trd a c r ig t a n c n n tn o rt el h e sn bea j s— z
浅谈PWM整流器的简单控制方法

浅谈 P WM 整 流 器 的简 单控 制 方法
文/ 黄 雨 鑫
相 电压 型 P WM 整 流器 的主 电路 结构 图 如 图
对P W M整 流 器 工 作 原 理 作 系 统 分 析 , 整 流 器 建 模 ,依 据 瞬 时
个 输出电压 ,此时 ,它体现为逆变器的功能。 但当电网向整流器直流侧的储能元件充 电时 , P WM 变 流器 就 处在 整 流 状态 。 因此 ,P WM
变 流 器 既 是 逆 变 器 也 是 整 流 器 。 由于 电路 直 流
侧有不同的储能元件的不 ,将这些不 同性质的 储能元件为分为 电容的 电压源型 、储能元件为 电感 的 电流 源 型 两 种 ,其 中 , 电压 源 型 整 流 器
主 电路 的储 能 元 件 选 用 前 者 , 由于 电容 的 电压
图2 — 3 : 电流 控 制 环
源 型储 能元件具有优 良的电气特性 ,因此它 的 应用范围很广泛。依据三相 电乐型 P WM 整 流 器 的数 学模 型,根据 控 制 目标推 演 出控 制 规 律。这种控制算法 与原 有的解 耦控 制箅法相 比
要 包 括 功 率 开 关 、 缓 冲 电 路 和 储 能 元 件 。 主 电路中的 P WM 变 流 器 ,其 主 要 功 能 是产 生 一
逆变器的中点 0 和直流侧的 N 点能够由一 电流的控制过程 中,同时还存在 系统电压对 d 电路就能够 简化成单相等效 电路 。如 图 2 一 l 所 示 。其 中采用可控 电压源来代表逆变器的输 出 电压 。
系中,其 中的有功 电流和无功 电流具有耦合 关 联 , 当对 其 中 d轴 或 q轴 电流 进 行 控 制 时 也 会 导 致 另一轴 电流 发生 变化。为 了使 d 、q轴 电
单相PWM整流器改进无差拍电流预测控制方法

 ̄o we r E l e c t r o n i c s a n d Mo t o r Dr i v e s E n g i n e e r i n g R e s e a r c h C e me r o f Be i j i n g( No r t h C h i n a Un i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ) ,
整 个 系 统 在 直 流 母 线 电压 外 环 的 控 制 下 , 实 现 了直 流 母 线 电
mo d u l a t i o n( P WM)r e c t i i f e r s c a n q u i c k l y a n d a c c u r a t e l y r t a c k
D OI :1 0 . 1 3 3 3 4  ̄ . 0 2 5 8 — 8 0 1 3 . p c s e e . 2 0 1 5 . 2 2 . 0 1 9
文章编号 :0 2 5 8 . 8 0 1 3( 2 0 1 5 ) 2 2 . 5 8 4 2 — 0 9
中图分类号 :T M 4 6 1
T o s o l v e t h e a b o v e p r o b l e ms , t h i s p a p e r p r o p o s e d a r t i mp r o v e d d e a d b e a t c u r r e n t a l g o r i t h m, d e d u c e d t he d i s c r e t e t r a n s f e r
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
单相全控整流电路详解

第一题说明全控型整流电路的工作原理,并设计出一个单相全控整流电路及其控制电路(开环)1.单相全控型PWM整流电路的结构单相电压型桥式PWM整流电路最初出现在交流机车传动系统中,为间接式变频电源提供直流中间环节,电路结构如图1-1所示。
每个桥臂由一个全控器件和反并联的整流二极管组成。
u s是正弦波电网电压,u d是整流器的直流侧输出电压,Ls为交流侧附加的电抗器,Ls包括外接电抗器的电感和交流电源内部电感,是电路正常工作所必须的。
起平衡电压,支撑无功功率和储存能量的作用。
全桥电路直流侧电容只要一个就可以。
由图1-1所示,能量可以通过构成桥式整流的二极管VD1-VD4完成从滞留测到交流侧的传递,也可以经过全控型器件V1-V4从直流侧你变为交流,反馈给电网。
图1-1所以PWM整流器的能量变换是可逆的,而能量的传递趋势是整流还是逆变,主要视V1-V4的脉宽调制方式而定。
2.单相全控型PWM整流电路的工作原理用正弦信号波和三角波相比较的方法对图1-1中的V1-V4进行SPWM控制,就可以在桥的交流输入端AB产生一个SPWM波u AB。
u AB中含有和正弦信号波同频率且幅值成比例的基波分量,以及和三角波载波有关的频率很高的谐波,不含有低次谐波。
当正弦信号波频率和电源频率相同时,i s也为与电源频率相同的正弦波。
由于Ls的滤波作用,谐波电压只使i s产生很小的脉动。
u s一定时,i s 幅值和相位仅由u AB中基波u ABf的幅值及其与u s的相位差决定。
改变u ABf的幅值和相位,可使i s和u s同相或反相,i s比u s超前90°,或使i s与u s相位差为所需角度。
u s> 0时,(V2、VD4、VD1、Ls)和(V3、VD1、VD4、Ls)分别组成两个升压斩波电路,以(V2、VD4、VD1、Ls)为例。
V2通时,u s通过V2、VD4向Ls储能。
V2关断时,Ls中的储能通过VD1、VD4向C充电。
第7章PWM整流器

u AB U d
id
方向为负
id负方向电流,可能的通路是T1和T4导通或T2和T3导通。
在T1和T4导通时,
id 经T4、T1流向电源 us , is
方向为正
uAB -Ud
dis 在模式二和模式三时都有通路的电压方程: us L = U d dt
当PWM整流器采取单极倍频正弦脉宽调制时(参见图5.9), T1~T4脉冲驱动序列如图7.5a,在区段1驱动T1、T3,有正向 i s 经D1、T3使AB端短路,电感电流上升,电感储能增加(模 式一)。区段2时T1、T4驱动,正向 i s 经D1、D4流向负载, T1、T4受反向电压,虽被驱动但不能导通(模式三)。区段3 驱动T2和T4,但是D1与D4导通AB端短路(模式一),如此进 行得到AB两端电压波形如图7.5b,图7.5c为交流侧电流波形, 调节驱动脉冲的宽度,可以调节 u AB 基波分量的幅值, iS 也随 之改变,直流侧的输出平均电压 U d 也随驱动脉冲宽度而改变。
器得到电流的幅值信号 I g
, I g iT 得到电流 iL
的给定信号
i g 是幅值为 I g 的正弦半波。 实测电感电流 iL 得反馈信号i f
经滞环控制器比较产生开关管 T的驱动脉冲,使 iL 跟踪 i g 变化 在U g U f 时PI调节器输出 增加 I g ,经滞环控制使 iL 幅值提高,在 T导通时电感有 较大电流,电感L储能增加。 在T关断时 ,ud 与较高电感电 动势共同给电容C充电,使电 容电压和输出电压U o 增加
小
结
本章介绍了单相不控整流器功率因数校正 和PWM可控整流器,单相桥式不控整流器嵌 入Boost升压电路后可以实现网侧单位功率 因数控制,改善电网质量,单相不控整流器 功率因数校正已在LED光源中大量使用。 PWM整流器采用高频PWM调制,可以实 现电能双向流动,既可以整流也可以逆变, 与晶闸管整流器相比可以改善交流侧谐波, 提高功率因数,是重要的电能变换和控制技 术,已广泛应用在光伏发电、风力发电和电 网无功补偿,潮流控制等方面。
单相半桥PWM整流器两种直接电流控制方法研究
# # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # 际电路的相应参数完全相等,假设控制系统中的输 入电感和电阻分别为 !!! ! 和""!! "",这样可 得 重复控制信号与周期扰动保持同相位。*(’(+) 有如下形式 ・, *( ’(+)# + 7’ 式中,, 为等效的对象延迟数。定义如下 ・! ,# ( 8 9 * ( ) + + ( ) + 4
" $ % " 其中 ( ) (
得到电流指令,内环电流环的主要任务是使网侧输 入电流跟踪该电流指令。在这种方式下,电流指令 与网侧电压只有两种可能情况:一是当电压调节器 输出为正时,指令电流与网侧电压同频同相位;二 是当电压调节器输出为负时,电流指令与网侧电压 同频但反相位。如果假设电流环能完全使网侧输入 电流跟踪电流指令,第一种情况为电网向负载输出 能量;第二种情况为负载向电网回馈能量。下面分 别对预测控制和嵌入式重复控制两种直接电流控制 方法进行研究。
) 仿真结果
分别 对 这 两 种 直 接 电 流 控 制 方 法 使 用 : ; 2 < 进行仿真,仿真主电路参数选择如下: = ; > 9 5 + !# 、 、 。输入电压 3 5 6 ? @ ""#* 5 A " . 8 * B +#. 4#8 # ,输出直流电压稳定在 / / 4 4 * C * * C。为 %# % ? " 0#) 了考察系统的动态性能,负载电阻 " #9 * * ",加 载后为 "# 4 * * "。仿真波形如图6所示。 图9为预测加重复控制的仿真波形,仿真时 ,+ ,其他参数不变。图 )( ’(+)取 * 5 , 6 5 ) 7#* 9 ;为输 入 电 压 和 电 流 波 形,图 9 >为跟踪误差波 形,通过与图6对比,可以很明显看出加入重复后 输入电流跟踪误差逐渐减小。这进一步提高了系统
基于直接功率控制的PWM整流器
电流分量 , 且功率器件 的通断信号要用正弦脉 宽调 制或者空 间 矢量调制才 能生成 , 所 以整个直接功率控 制的 P W M整流器算法 的运算量很大 、 而且实时性的要求很高,并且控制系统 的参数 的整定都会变得很 困难 。 整个过程的最好的解 决办 法就是有效
作为P W M整 流器 ,它的优 点比较 多,比如说具有恒定直流 电压控制 、电网侧 电流谐波低、单位 功率 因数 、能量双 向流动 等等 。 如果我们能够做到广泛 的应用这个技术 , 那么就会 使得 整流 、 有源滤波 、 无功补偿和交流传动等系统中得到充分的应 用。 就 目前的情况来说 P W M整流器的控制策略在国 内应用的较 为广泛 的是 间接 电流控制和直接 电流控制 。 还有一种 直接 功率 控 制,这种功率在我 国并没有得到足够 的应用。 直接功率控制 的 P w M整流器的简介 现 如今 P W M整 流器 凭借 其优 良的性能和潜在 的优势正在 被 广泛 地应用 ,如今 已经成为 了电力 电子技术研 究的热点 P ' l I 】 『 M整流器有着 多种 优点,它们具有输 出电压恒 定、实现单位 功率 因数运 行的特 点,能够实现 真正的绿 色变 换。 提 高电能的 传输和利用 效率 ,从而解决电网 “ 污 染”的问题 。当 P W M整流 器进入 到了稳态 的工作状 态之 后, 这 时候输 出的直流 电压就会 呈现恒 定的状态 , 使得整流桥 的三相桥臂 能够按照正弦 的脉 宽 从而调制规律驱动 。当出现 开关频率很高 的情况下 ,由于这时 的电感器 的滤波会产 生的作用 , 所 以整个 高次谐波 电压所产生 出的谐 波 电流就 会非常 的小 。这时 的我们 如果排除其他 的原 因 ,只是考虑 电流和 电压发生的基波 , 这 时就容易 的很 多,可
单相电压型PWM整流器波形分析
单相电压型PWM整流器波形分析对于单相VSR而言,其交流侧基波电压控制有两种PWM的调制方式,即双极性调制和单极性调制。
以下将根据双极性PWM的调制方式,分析单相电压型PWM整流器(如图1所示)。
图1 单相电压型PWM整流器基于matlab的波形分析及仿真结果将图1的单相电压型PWM整流器在matlab中建立仿真模型如下图所示:图2 单相电压型PWM整流电路仿真模型系统仿真参数如下:交流侧电网电压220V,工频直流侧电阻R L=10Ω。
主电路储能元件参数为L=3 Mh,C=143μF。
PI参数Ki=2.3,τi=128。
图3 控制信号的时序分布(1)交流侧电压v(t)若单相VSR直流侧电容足够大,则在PWM过程中可近似认为其直流侧电压为一定值,即v dc(t)=V dc。
这样当采用双极性调制时,单相VSR交流侧电压v(t)波形为幅值在V dc、-V dc间切换的PWM波形。
第k周期中v(t)波形如图4所示。
图4 交流测电压波形(2)电感端电压v L(t)单相vsr网侧电感端电压v L(t)等于电网电动势e(t)与其交流侧电压v(t)之差,即v L(t)=e(t)-v(t)。
若令e(t)=E m sinωt,且当开关频率远高于电网基波频率时,第k个开关周期中e(t)可近似为一常值,即e(t) ≈ e(kT s)=E m sinωkTs。
其中,kT s ≤ t ≤ (k+1)T s。
如图5所示。
图5 电感电压波形(3)网侧电流i(t)若忽略单相VSR网侧电阻,则网侧电流i(t)为:i(t)=1/L∫v L(t)d t=1/L∫[e(t)-v(t)]d t得第k个开关周期网侧电流表达式为:i(t′)=1/L(E m sinωkTs-V dc)t′+i(t′=0) (0≤t′<t on);i(t″)=1L(E m sinωkTs+V dc)t″+i(t″=0) (0≤t″<T s - t on);当开关频率足够高,且在稳态条件下,各区间电流初始条件满足:i(t′=0)=i(t″=t s-t on);i(t′=t on)=i(t′=0);因此,求得第k个开关周期中,VSR网侧电流脉动峰峰值为:Δi km=i(t′=0) - i(t′=t on)= V dc - E m sinωkTs Lt on (V dc>E m)由于采用双极性PWM控制,第k个开关周期中的PWM占空比D k=(2t on-T s )/ T s;得:Δi km=[T s (V dc-E m sinωkTs) (1+D k)] / 2L网侧电流i(t)波形如图6所示。
第4章 PWM整流器控制技术
三相全桥电压型 PWM高频整流器的主电路
全桥电路 交流侧滤波电感Ls
包括:全桥电路、缓冲 吸收回路、直流侧滤波 电容、均压电阻、以及 电网侧电压、电流检测 电路和直流侧电压检测 电路
各器件参数选择方法
保护措施 在实际中,一般均设置有如下保护: ① 电网电压的过压保护,采用带回差的保护; ② 电网电压的欠压保护(回差保护); ③ 交流输入电流的过流保护,采用锁死保护(关闭)整流 器; ④ 交流输入电流的过载保护(锁死保护); ⑤ 直流侧电压的欠压保护(回差保护),并且与PWM整流 器的软起动保护联锁去控制软起动电路; ⑥ 直流侧电压的过压保护(锁死保护); ⑦ IGBT模块的过温保护(回差保护)。
重点和难点
• 1、PWM控制技术定义和基本原理。 • 2、PWM跟踪控制技术类型和特点。 • 3、PWM整流和逆变电路基本组成及其控制方法。
§4.1 引
言
传统整流装置的问题——谐波污染 随着电力电子装置的应用日益广泛,公用电网或电 源系统中的谐波污染也日益严重。其中,整流装置所占的比 例最大。 传统不可控整流电路有三个致命的缺陷: 电网侧输入电流谐波含量较大; 能量流向只能从交流侧 传递到直流侧; 输出直流电压不可控。 晶闸管构成的可控整流电路得到了广泛的应用, 依然存在以下几个问题: ① 交流侧输入电流畸变严重; ② 深度相控下交流侧的功率因数很低; ③ 由于电网等效内阻抗的存在所引起的电网电压波形畸 变; ④ 直流侧输出电压纹波大; ⑤ 由相控整流电源构成的直流调速系统动态响应慢。
电网谐波问题解决方案:
(2)现代解决问题的两条途径 ① 采用新型的PWM高频整流器取代传统的整流装置。 ② 采用新型的有源电力滤波器和静止无功发生器 (ASVG)。
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2 . S h a n g h a i U n i v e r s i t y ,S h ng a ha i 2 0 0 0 7 2 ,C h i n a )
A b s t r a c t : P r e d i c t i v e d i r e c t p o w e r c o n t r o l i s a p p l i e d i n t o s i n g l e — p h a s e v o l t a g e s o u r c e p u l s e w i d t h m o d u l a t i o n ( P WM)r e —
a t i o n a r y f r a me a n d t w o - - p h a s e r o t a t i n g c o o r d i n a t e f r a me a re r e s p e c t i v e l y e s t a b l i s h e d f o r s i n g l e - - p h a s e v o l t a g e s o u r c e P W M r e c t i i f e r . h e T i n s t a n t a n e o u s p o we r mo d e l o f r o t a t i n g c o o r d i n a t e f r a me i s d e r i v a t e d a n d a n a l y z e d . Us i n g t h e i n s t a n . t a n e o u s p o we r mo d e l t o p r e d i c t t h e c o n t r o l l i n g v o l t a g e o f he t r e c t i i f e r , a n d hu t s g e n e r a t e a t ig r g e r p u l s e t o c o n t r o l t h e r e c t i i f e r . h e T c o n t r o l s t r a t e g y h a s s o me c h a r a c t e r i s t i c s , s u c h a s e a s y d e s i g n i n g , i f x e d s wi t c h i n g f r e q u e n c y, wi t h f a s t s t e p
功率 响应速 度快 、 可实现 功率解 耦控 制等特 点 。1 k W 样机 的 实验结 果表 明了该方 案 的正确性 和可行 性 。 关 键词 : 整 流器 ;预测 直接功 率控制 ;二 阶广义 积分器 中图分类号 : T M 4 6 1 文献标识码 : A 文章编号 : 1 0 0 0 — 1 0 0 X( 2 0 1 4 ) 0 1 — 0 0 2 4 — 0 3
( 1 . 安徽理工大学 , 电气与信息工程学院, 安徽 淮南 2 3 2 0 0 1 ; 2 . 上海大学, 机电工程与 自动化学院 , 上海 2 0 0 0 7 2 )
摘要: 将 预测 直接功 率控 制用 于单 相 电压型 脉宽 调制 ( P WM) 整流 器 , 通 过 二阶 广义 积 分器 ( S O G I ) 构 造 与 电网
Z H0 U Xi a o - i i e 一.WANG F e i
( 1 . An h u i U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ,Hu a i n a n 2 3 2 0 0 1 ,C h i n a ;
P r e d i c t i v e Di r e c t Po we r Co n t r o l f o r S i n g l e - p h a s e Vo l t a g e S o u r c e PI l l s e Wi d t h Mo d u l a t i o n Re c t i ie f r
c t i f i e r , a n d a v i r t u a l q u a t r e r e d c u r r e n t a n d v o l t a g e a r e c o n s t r u c t e d b y u s i n g e r l a i z e d i n t e g r a t o r ( S O G I ) .
第4 8卷 第 1 期
2 0 1 4 年 1月
电 力 电子 技 术
P o we r E l e c t r o n i c s
Vo 1 . 4 8 ,No . 1
J a n u a r y 2 01 4
单相 电压型 P WM 整流器预测直接功率控制
周 小 杰 , - 。汪 飞
B a s e d o n t h e s e e l e c t i r c p a r a me t e r s , t h e , J B c o o r d i n a t e s y s t e m i s f o r m e d . T h e ma t h e ma t i c a l m o d e l o f he t t w o — p h a s e s t —
电压 、 电流 正交 的虚拟 电压 、 电流 分量 来形 成 , 坐 标 系下 的两相 系 统。建 立 了单相 P WM整 流器 在两 相静 止
和两 相旋转 坐标 系下 的数学 模型 。推导和 分析 了旋转 坐标 系下 的瞬 时功 率模 型 。利用此 瞬时功 率模 型来预 测
单相 P WM整 流器 的控制 电压进 而产 生触 发脉 冲控制 变换 器 。该策 略 具有控 制系 统结 构简 单 、 开 关频 率 固定 、