基于SVPWM的三电平整流器的仿真分析.pdf
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基于SVPWM的三电平整流器的仿真分析.pdf
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冶金自动化2007年增刊(S2)基于SVPWM的三电平整流器的仿真分析侯春,何凤有,陈洁(中国矿业大学信电学院,江苏徐州221008)摘要建立了SVPWM的仿真模型和三电平整流器的主电路模型,给出了三电平整流器的控制系统结构。
根据模型建立了三电平整流系统仿真程序。
对三电平整流系统,进行了等效负载启动、负载突变等情况下的仿真,并分析了仿真结果。
仿真结果表明了三电平整流器的应用可以提高电网功率因数,减少电网谐波。
【关键词】三电平;sv删;P嗍整流器O引言20世纪70年代以来,随着电力电子技术的飞速发展,各种电力电子装置在各行各业以及家庭中的应用日益广泛,其产生的大量谐波对公共电网产生严重影响,形成公害。
研究表明整流装置产生的谐波占电网谐波的绝大部分,因此对整流器本身进行改进,使其尽量不产生谐波,成为谐波抑制的一个主要研究方向1|。
采用PWM整流器代替传统的二极管整流器和晶闸管相控整流器,可从源头上解决电网谐波和功率因数问题。
PWM整流器具有输入侧电流正弦、功率因数为1或可调、输出直流纹波小以及能量能双向流动等优点2-3】。
两电平整流器在开关频率不高时,谐波含量相对较大,使用三电平调制时输出电压或电流的谐波可以大大减少。
三电平PWM整流器输入侧电流波形即使在开关频率较低时也能保证一定的正弦度,在同样的开关频率及控制方式下,它的电流谐波总畸变率要远小于两电平整流器【4J。
本文基于SVPWM的三电平整流器的仿真分析,证明了上述优点。
1SVPWM仿真模型的建立所建立的SVPWM仿真模型包括参考电压矢量所在扇区选择,各扇区矢量作用时间计算,各相PWM脉冲发送等部分。
仿真模型如图l所示。
扇区选择模块包括每60。
大扇区选择和每60。
扇区内的6个小区的选择。
大扇区选择是由参考电压的相角除以600得到的商加1取整而直接得到6个扇区的扇区号。
每个大扇区的6个小扇区的选择根据参考电压矢量的模长和相角的几何关系进行。
:
确定了参考电压矢量所在的扇区后(即确定了进行等效合成的空间矢量),发送相应扇区空间矢量作用时间计算模块的使能信号,进行矢量作用时间计算。
各相空间矢量PWM波形的发生,是根据跳变时间及选定的空间矢量关系得到向上(0,1;一1,0)跳变或向下(1,0;0,一1)跳变的波形。
2三电平PWM整流器主回路的建模有2种方法建立三电平整流器的仿真模型。
一是根据其拓扑结构的数学模型,应用Simulink建立其在ABC或dq坐标下的仿真模型;二是应用Matlab提供的电气系统仿真模块(PsB)建立仿真模型。
这两种方法各有优缺点,第1种方法仿真速度快,信号传递关系简单,但是需要精确的数学模型,一些负载(例如电机,逆变器)的仿真比较困难。
第2种方法,即基于PSB模块建立的仿真模型不需要精确的数学模型,可以进行变换负载的仿真,但是仿真速度较慢。
进行仿真时,应根据仿真目的选用不同的仿真模型,本文选用PSB仿真模型。
MATIAB的PSB模块提供了丰富的电气系统仿真所需要的模型库,根据需要仿真的电路,从模型库中以图形方式调入相应的元件,并设置好参数,即可构造成仿真模型。
图2即为三电平整流器主电路的PSB模型,从图中可以看出,使用三个交流电压源构成了整流器的交流侧三相电源,可以设置峰值电压、各相相位、频率;使用了三相测量模块,测量整流器交收稿El期2007-04-11修改稿收到日期2007硝一22作者简介侯春(1981一),女,江苏徐州人,硕士研究生,主要研究方向为无刷双馈电机的控制。
212冶金自动4E)2(X)7年增刊(s2)FC“图1s、,PWM仿真模型图2三电平整流器主电路的PSB仿真模型流侧的各相电流;整流器各相电网侧的电阻电感使用了串联RLC支路;使用PSB中的三电平整流桥模块作为整流桥电路,功率开关器件为IGBT;负载使用串联RLC负载;直流侧电压和交流侧A相电压和电流使用电压测量模块和电流测量模块提取。
由图可见,由PSB模块建立的整流器仿真非常直观,不需要考虑复杂的数学建模过程,负载的改变也只需要拖入相应模块并连接在负载侧即可。
3三电平整流器控制系统仿真31三电平整流系统的控制结构图3是功率因数可调的三电平整流系统的控制结构原理图。
图中,电压控制器的输出i:
为d轴电流id的给定值。
g轴电流i。
的给定值i:
根据要求的无功功率算出。
由控制器输出“,u。
可以得到三相桥臂终端参考电压合成矢量的模长和相角,然后由电压空间矢量PWM的算法得到各相的开关函数s。
,Sb,S。
32三电平整流系统仿真结构从电路结构上,一个整流系统可以分解成两个大的部分,一部分是主电路,另一部分是控制电路。
本文依据上述方法建立了SVPWM的仿真模型和三电平整流器的主电路模型。
根据以上模型建立了三电平整流系统仿真程序,进行了整流系统的仿真,系统仿真框图如图4所示。
图4中,控制系统模块包括了电压空间矢量PWM模块,电压,电流控制器模块,ABC坐标系向幽坐标系的变换模块。
整流器模块则为图3所示213冶金自动4艺2007年增刊(s2)图3三电平整流器控制系统框图的三电平整流器主电路的PSB仿真模型。
电流反馈交流侧电流ll交流侧电流直流侧电P压WM脉冲信号网1G侧电压直流侧电压J。
”从。
I直流侧电压兰型至竺竺竺兰塑兰堡竺电压反馈图4整流系统仿真框图4三电平SVPWM整流器系统的仿真分析41仿真参数电网参数:
E。
=311V,=50Hz;交流侧参数:
L。
=6mH,R。
=O5Q;直流侧参数:
Cd=2200心,Lo=3mH;直流侧输出电压给定值为=600V开关频率厂8=2000IN;电压,电流控制器均采用l控制器。
42系统仿真421等效负载启动整流器带等效负载,输出功率为18kW。
无乏电流i。
=0,整流器工作在单位功率因数情况下图5为系统直流侧电压和无功电流动态响应仿,结果。
由波形可见012s后系统稳定。
图6为系统稳定时,整流器交流侧电网电孝波形。
由仿真波形可知,整流器输入电流波形岁正弦几乎不含谐波分量,公共电网电压电流波j毛O一50,一100-150O以(a)直流侧电压波形图5直流侧电压和无功电流波形214掘(a)交流侧A相电流波形4020oO之3000:
一300)1O2O-3os(b)无功电流的动态响应曲线0350404505055以(b)交流侧A相电流、电压波形O510M(c)A相电流频谱分析图6系统稳定时交流侧电流冶金自动492007年增刊(s2)同相位,整流器工作在单位功率因数情况下。
图7为三电平整流器中点电位及AB相电压仿真波形,由图可见,中点电位在一55V之间波10萎三一10以(a)-电平整流器中位点电压波形动,受到良好的控制。
AB相电压为理想的三电平阶梯波。
422负载突变之50000500654O35_036ojio弧-03j盹(b)交流侧AB相电压波形图7三电平整流器中点电位及AB相电压波形422负载突变整流器启动时为等效负载,输出功率为18kW,无功电流iq=0,整流器工作在单位功率因数之黜。
辩020250303504045ts(a)直流侧电压波形情况下。
03s系统稳定后,直流侧并联18kW等效负载。
图8为负载突变时,直流侧电压波形和交流侧电流电压波形。
弋200耋一品025O30350404505盹(a)交流侧电流、电压波形图8负载突变仿真波形由图8可见,当负载突变时,整流器直流侧电压恢复较慢,突变015s后误差为1;电网电流按照突变的功率要求而变化,但是波形依然为正弦,并且保持与电网电压的同相位,整流器依然工作在单位功率因数情况下。
5结束语三电平整流器本质上属于升压型(Boost)整流器,与两电平整流器相同。
采用SVPWlVl控制,可以降低开关频率,降低交流侧线电流的波形畸变,几乎不产生输入公共电网的谐波。
三电平整流器一般工作在单位功率因数下,并且输出的无功功率可调,调节无功功率不会造成电网电流波形畸变,不产生谐波。
三电平整流器的应用可以提高电网功率因数,减少电网谐波。
参考文献】1董晓鹏,斐云庆,一种电压型P硎整流器控制方法的研究盯电工技术学报,1998,(10):
33362韦立祥,刘丛伟,孙旭东,等,三电平逆变器直流侧电压平衡控制方法的改进J中国电机工程学报,2002,(9):
94-973韦立祥,刘丛伟,孙旭东,等三电平变流器直流电压平衡控制方法J清华大学学报(自然科学版),2002,42(9):
1204-12064詹长江,韩郁,赵良炳,等基于电压空间矢量PWM脉宽调制方式的新型三电平高频整流器研究J电工技术学报,1999,(3):
55-59编辑:
魏方215基于SVPWM的三电平整流器的仿真分析基于SVPWM的三电平整流器的仿真分析作者:
侯春,何凤有,陈洁作者单位:
中国矿业大学信电学院,江苏徐州221008本文读者也读过(10条)本文读者也读过(10条)1.戴晖.沈锦飞.DAIHui.SHENJin-fei基于SVPWM的三电平整流器的仿真研究期刊论文-自动化应用2010(8)2.邓先明.王冬冬.叶宗彬.张敏.DENGXian-ming.WANGDong-dong.YEZong-bin.ZHANGMin基于简化三电平SVPWM算法的整流器研究期刊论文-电力电子技术2008,42(5)3.李木.石新春.王琳三电平电压型UPF整流器空间矢量调制算法的研究会议论文-20044.肖庆恩.何礼高三电平逆变器SVPWM控制的一种简化算法及实现期刊论文-电气传动自动化2004,26(5)5.杨晓萍.张毅.吴成林.孟燕妮一种简化的三电平逆变器SVPWM控制算法会议论文-20046.张敬南.颜昌银.ZHANGJing-nan.YANChang-yin基于泛布尔代数的三电平SVPWM算法期刊论文-应用科技2008,35(6)7.张树团.张凯.李静.ZHANGShu-tuan.ZHANGKai.LIJing基于SVPWM高功率因数整流器的建模与仿真期刊论文-兵工自动化2009,28(4)8.梁英.庄圣贤.舒鑫东.马彩青.LIANGYing.ZHUANGSheng-xian.SHUXin-dong.MACai-qing基于DSP的三电平逆变器SVPWM调制研究期刊论文-变流技术与电力牵引2008(4)9.胡慧慧.马文忠.董磊.HUHui-hui.MAWen-zhong.DONGLei基于SVPWM的三电平逆变器仿真研究期刊论文-变流技术与电力牵引2008
(1)10.吴吉良.张东来.肖学礼.WUJi-liang.ZHANGDong-lai.XIAOXue-li三电平数字化整流器控制系统设计期刊论文-电力电子技术2006,40
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