不平衡电网下三相电流型PWM整流器的控制策略研究
随着电力电子技术的飞速发展,电流型PWM整流器凭借输出电压可调、功率双向传输的优点,在各个领域得到了广泛的应用。平衡电网下的三相电流型PWM整流器控制技术已经比较成熟,但在实际应用中受负载变化、参数不对称和外界干扰等各种因素的影响,常常造成交流电网三相不平衡。在不平衡条件下,直接采用平衡电网下的PWM整流器控制策略,易导致设备运行异常。
因此,本文针对电网不平衡条件下的电流型PWM整流器控制策略进行了深入研究,主要几个方面展开:首先,对三相电流型PWM整流器的拓扑结构以及基本工作原理进行分析,基于平衡和不平衡电网两种条件下,建立不同坐标系下相应的数学模型,并在不平衡条件下进行正负序分离。由于LC滤波器的存在导致d-q坐标系下数学模型具有强耦合特性,本文将通过定向于电容电压,简化数学模型,消除耦合特性,极大地降低控制器设计难度。其次,由于三相CSR直流侧储能电感回路电流不能突变,故需要采用三值逻辑来实现PWM控制信号。
因此本文详细阐述了其在扇区划分、二三值逻辑转换方面的区别,以及逻辑值的产生和矢量的形成。并对正弦脉宽调制技术与空间矢量调制技术进行对比。虽然二者均响应快速且灵活,但空间矢量脉宽调制策略电压利用率更高、消除谐波能力强、更易实现数字化。
然后,针对电网不平衡时三相电流型PWM整流器存在的问题,设计了一种高频、低频、二倍频三频段分量独立控制的控制策略。交流侧采用虚拟电阻的有源阻尼控制,直流侧采用状态反馈控制策略。利用高通滤波器,降低直流侧低频信号对交流侧影响;因直流侧LC低频滤波特性,抑制了对交流侧高频信号的影响,从而实现交直流侧的解耦控制。
基于瞬时功率理论对三相电流型PWM整流器瞬时功率流动进行分析,在交、直流解耦控制基础上,对负序电流分量进行补偿。此外详细分析了交直流侧控制器的参数设计对系统性能的影响,并根据标准传递函数进行参数整定,使控制效果达到最佳。与传统PID控制相比,不仅简化控制器的设计难度,而且减小系统交、直流侧的相互影响,进一步提高了系统动态响应性能。
与此同时,本文对正、负序分量三种分离及提取方法进行研究对比分析,决定采用响应快速、抗干扰能力强的双同步坐标系解耦的提取法及锁相环。并通过Matlab/Simulink仿真,验证了本文所提控制策略的合理性。最后,基于以上理论及仿真分析,在搭建的三相电流型PWM整流器的实验样机上,进行实验验证,确保控制算法的正确性。