基于狀態(tài)空間法的三相VSR組合建模策略研究-論文.pdf

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1、第14卷第13期2014年5月科學(xué)技術(shù)與工程Vo1．14No．13May2014l671—1815(2014)13一o09o-O6ScienceTechnologyandEngineering⑥2014Sci．Tech．Engrg．基于狀態(tài)空問法的三相VSR組合建模策略研究謝延凱楊劍鋒王帥(蘭州交通大學(xué)自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院，蘭州730070)摘要一般模型對(duì)整流器動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析不夠精確，針對(duì)這個(gè)不足，根據(jù)開關(guān)函數(shù)及狀態(tài)空間理論建立了三相電壓型整流器的數(shù)學(xué)模型，并利用傅里葉分解將數(shù)學(xué)模型分解為高頻和低頻。對(duì)高頻模型

2、，通過公式推導(dǎo)分析了輸入電流諧波與輸出電壓紋波跟系統(tǒng)參數(shù)之間的動(dòng)態(tài)特性關(guān)系。對(duì)于低頻模型，荊用坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)將模型變換到兩相靜止坐標(biāo)系，簡(jiǎn)化了模型的分析和控制。為了實(shí)現(xiàn)高功率因數(shù)整流，控制策略采用雙閉環(huán)控制。電流內(nèi)環(huán)采用滯環(huán)控制，使得電流變化快速跟蹤指令值。電壓外環(huán)采用PI控制，以穩(wěn)定直流側(cè)電壓。在MATLAB／Simulink中進(jìn)行了仿真，驗(yàn)證了模型的正確性。關(guān)鍵詞高頻模型低頻模型傅里葉變換幽變換雙閉環(huán)控制仿真中圖法分類號(hào)TF391．9；文獻(xiàn)標(biāo)志碼A隨著科技的發(fā)展，越來越多的高精尖電器投入頻模型，經(jīng)坐標(biāo)變換和解耦

3、處理后設(shè)計(jì)出了咖坐標(biāo)運(yùn)行，它們對(duì)電能質(zhì)量的變化敏感度很強(qiáng)，對(duì)電能質(zhì)系下清晰、直觀的電壓PI環(huán)跟電流滯環(huán)的雙閉環(huán)控量要求不斷提高。而大量的非線性負(fù)載所造成的諧制器。最后經(jīng)MATLAB／Simulink仿真，驗(yàn)證了模型波污染和無功消耗問題越來越嚴(yán)重。消除電網(wǎng)諧波的正確性。污染、提高功率因數(shù)成為電力電子領(lǐng)域日益關(guān)注的1三相VSR的基本原理重大課題。而基于PWM技術(shù)的三相電壓型整流器(VSR)由于能夠使網(wǎng)側(cè)電流正弦化，輸出的直流側(cè)三相電壓型PWM整流器主電路如圖1所示。電壓可自行調(diào)整而且紋波又小，能實(shí)現(xiàn)真正意義上在建

4、立和分析整流器數(shù)學(xué)模型之前，先假設(shè)開關(guān)都的綠色電能變換¨j，從源頭上解決了問題，因而受是理想開關(guān)；交流電源為三相對(duì)稱理想電壓源；忽略到人們很大的關(guān)注。根據(jù)三相VSR特性分析需開關(guān)的死區(qū)時(shí)間。要，三相VSR的數(shù)學(xué)模型一般分為開關(guān)函數(shù)描述和占空比描述兩種形式。前者是基于電子器件特性或者其內(nèi)部數(shù)學(xué)物理過程而建立的高頻模型，是對(duì)VSR開關(guān)過程的精確描述，較適合進(jìn)行波形仿真，但由于其中包括了開關(guān)過程的高頻分量，所以不適于控制器的設(shè)計(jì)。后者是根據(jù)器件或系統(tǒng)工作在穩(wěn)態(tài)時(shí)某一方面的特性而建立的低頻模型，它適用于控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，

5、但由于忽略了開關(guān)過程的高頻分量，因而對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性描述不夠精確J。為了更圖1三相VSR電路拓?fù)銯ig·1MaincircuilofthreephesePWMrectifier精確的對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能分析，現(xiàn)利用狀態(tài)空間法，通過傅里葉分解建立三相VSR的高頻和低頻兩個(gè)組設(shè)電網(wǎng)電壓為合數(shù)學(xué)模型。然后通過高頻模型對(duì)輸入電流諧波與“Emcos+(一1)¨2耵】；輸出電壓紋波之間的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了推導(dǎo)與分析找出了輸入電流諧波、電壓紋波與電感、電容之間的定k=a，b，C；i=1，2，3(1)量關(guān)系，為系統(tǒng)參數(shù)的整定提供了新的

6、依據(jù)。對(duì)低式(1)中E是相電壓幅值。設(shè)整流器輸入電流基波為2013年9月8日收到甘肅省自然科學(xué)基金(1308RJYA044)資助=I~cos一咖+(一1)H2盯1．第一作者簡(jiǎn)介：謝延凱(1987一)，男，漢族，碩士研究生。研究方向：電能質(zhì)量分析與控制。E-mail：591766851@qq．con。k=a，b，C；i=l，2，3(2)13期謝延凱，等：基于狀態(tài)空間法的三相VSR組合建模策略研究91式(2)中，m為相電流幅值。量，且輸出電壓是由三相開關(guān)函數(shù)共同決定的，因設(shè)整流器調(diào)制信號(hào)電壓(波)為此，輸入電流是

7、脈動(dòng)的，輸出電壓也含有紋波，不利于控制器的設(shè)計(jì)。由于開關(guān)函數(shù)的存在，式(5)所“=mcoslCOt一+(一1)。1Tl；示數(shù)學(xué)模型為離散的，且是時(shí)變、非線性的。k=a，b，C；=1，2，3(3)模型不連續(xù)的根本原因是開關(guān)函數(shù)的不—．．連．．．0。。．．。．．．O．．．．．L01一式(3)中m為調(diào)制比，0

8、的關(guān)間連續(xù)的狀態(tài)空間平均模型。開關(guān)函數(shù)函數(shù)的傅里系為葉展開式如下1●●●O●●●●O●●JD．OM=“(4)s=d+∑ansincot+∑6cosoJt(10)根據(jù)三相VSR電路拓?fù)鋱D，先定義單極性二值在開關(guān)頻率遠(yuǎn)高于電網(wǎng)頻率的情況下，可用規(guī)邏輯開關(guān)函數(shù)為則采樣法代替自然采樣法。PWM占空比d就是開關(guān)函數(shù)一周期內(nèi)的平均值。用d代替S，d是連s：{【0：，圭上喜管蓋閉合：，下鬈管霉導(dǎo)通；’=。，6，’