大工14春《電源技術(shù)》大作業(yè)答案解析

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1、大連理工大學(xué)電源技術(shù)大作業(yè) 學(xué)習(xí)中心：奧鵬遠(yuǎn)程教育深圳學(xué)習(xí)中心（直屬） 層 次： 高起專 專 業(yè)： 電力系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù) 年 級(jí)： 2013 年春季 學(xué) 號(hào): 131061128286 學(xué)生姓名： 王氏 大工 14 春《電源技術(shù)》大作業(yè)及要求 題目四：PW懈流器控制技術(shù)的發(fā)展 總 則：對(duì)PWMI流器控制技術(shù)的原理及發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行研究。 撰寫要求： (1)介紹PWMI流器控制技術(shù)的基本原理及其主要特點(diǎn)。 (2)對(duì)三相電壓型和電流型PW聯(lián)流器主要控制技術(shù)的原理進(jìn)行闡述。 (3)分析國內(nèi)外對(duì)PWMI流器控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀，并對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行 展望。 ( 4)總結(jié)(需要說

2、明的問題)。 ( 5)為區(qū)分離線作業(yè)是否獨(dú)立完成，請(qǐng)寫些自己對(duì)該課程的想法或者學(xué)習(xí) 心得。 PWMS流器控制技術(shù)的發(fā)展 PWM 整流器可以實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正和諧波抑制，網(wǎng)側(cè)電流且電能可雙向流 動(dòng)。早在 20 世紀(jì) 70 年代，國外就開始了該項(xiàng)技術(shù)的基礎(chǔ)研究。從 20 世紀(jì) 80 年代后期開始，隨著全控型器件的問世，采用全控型器件實(shí)現(xiàn)PWM5頻整流的研 究進(jìn)入高潮。 控制技術(shù)是PWM8流器發(fā)展的關(guān)鍵。就已發(fā)展的控制技術(shù)看，三相電壓型 PWM1流器的電流控制技術(shù)有滯環(huán) PWM［流控制、固定開關(guān)頻率的電流控制、預(yù) 測(cè)電流控制、矢量控制、直接功率控制、單周期控制。另外，狀態(tài)反饋控制、滑 模變

3、結(jié)構(gòu)控制、基于 Lyapunov 非線性大信號(hào)方法控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控 制等也都已經(jīng)成功應(yīng)用在電壓型 PWMI流器的控制上；電流型PWMI流器常用的 調(diào)制技術(shù)包括載波調(diào)制PWM特定諧波消除PWM口空間矢量PWM 為此，本文分別就三相電壓型 PWMI流器的電流控制技術(shù)和電流型 PVVM8 流器調(diào)制技術(shù)、原理、特點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)的分析和綜述，并評(píng)述了國內(nèi)對(duì)PWMI流器 控制技術(shù)研究的主要貢獻(xiàn)。由此展望未來的控制技術(shù)。 一、PW慳流器控制技術(shù)的基本原理及其主要特點(diǎn) 從電力電子技術(shù)發(fā)展來看，傳統(tǒng)的相控整流器應(yīng)用時(shí)間較長，技術(shù)也成熟， 且被廣泛應(yīng)用，但其存在如下的諸多問題： 1. 晶閘管換

4、相引起網(wǎng)側(cè)電壓波形畸變； 2. 網(wǎng)側(cè)諧波電流對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生諧波“污染”； 3. 深控時(shí)，網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)降低； 4. 閉環(huán)控制時(shí)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)相對(duì)較慢。 針對(duì)這些問題，PWMI流器進(jìn)行了全面的改進(jìn)。其關(guān)鍵性的改進(jìn)在于用全控 型功率開關(guān)管取代了半控型功率開關(guān)管和二極管，以PWMf控整流取代了相控整 流或不控整流。因此，PWMI流器就取得了以下的優(yōu)良性能： 1. 網(wǎng)側(cè)電流為正弦波； 2. 網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)控制； 3. 電能雙向傳輸； 4. 較快的動(dòng)態(tài)控制響應(yīng)。 由于電能的雙向傳輸，當(dāng)PWM8流器從電網(wǎng)吸取電能時(shí)，其運(yùn)行于整流工作 狀態(tài)；而當(dāng)PW慳流器向電網(wǎng)傳輸電能時(shí)，其運(yùn)行于有源逆變工作狀態(tài)。所

5、謂單 位功率因數(shù)是指：當(dāng)PWM8流器運(yùn)行于整流狀態(tài)時(shí)，網(wǎng)側(cè)電壓、電流同相（正阻 特性）；當(dāng)PWMS流器運(yùn)行于有源逆變狀態(tài)時(shí)，網(wǎng)側(cè)電壓、電流反相（負(fù)阻特性）。 進(jìn)一步研究表明，由于PWM8流器網(wǎng)側(cè)電流及功率因數(shù)均可控。 因而可被推廣應(yīng) 用于有源電力濾波及無功補(bǔ)償?shù)确钦髌鲬?yīng)用場(chǎng)合。 綜上可見，PWMI流器實(shí)際上是一個(gè)交、直流可控的四象限運(yùn)行變流裝 置。 二、電壓型PWM8流器控制技術(shù) 電壓型PWM8流器要控制的變量有兩個(gè)：一是整流器的輸出電壓，二是整流 器輸入電流；前者要求穩(wěn)定輸出控制，后者要求跟隨輸入電壓的相位，因此 PWM 整流器控制結(jié)構(gòu)常采用雙環(huán)控制系統(tǒng)。 （一）滯環(huán)PWMfe

6、流控制 PWM整流器滯環(huán)PWW流控制是將實(shí)際輸入電流與指令電流的上、 下限相比 較，其交點(diǎn)作為開關(guān)點(diǎn)。指令電流的上、下限形成一個(gè)滯環(huán)，從而控制輸入電流 的變化。該類控制原理如圖 1 所示。 電閏財(cái)波帝一~w 這種控制方法的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，電流響應(yīng)速度快，控制運(yùn)算中未使用電路 參數(shù)，系統(tǒng)魯棒性好，應(yīng)用較廣。缺點(diǎn)是開關(guān)頻率在一個(gè)工頻周期內(nèi)不固定，諧 波電流頻譜隨機(jī)分布，因而給濾波器的設(shè)計(jì)帶來困難。 （二）固定開關(guān)頻率PWM6制 固定開關(guān)頻率的PW肺制是將指令電流和實(shí)際電流誤差經(jīng)比例調(diào)節(jié)后和三角 波比較，其結(jié)果用來控制整流器主電路中開關(guān)元件的通斷。三相PW慳流器固定 開關(guān)頻率控制

7、原理如圖2所示。 ■內(nèi)電壓■帚ft，* - a 三..■ Hr 圖2三相PWM整流器固定開關(guān)頻率控制 這種控制方法克服了滯環(huán)電流控制方式開關(guān)頻率不固定的缺點(diǎn)， 每相電流的 變化只和該相輸人電壓和輸出電流有關(guān)，電流響應(yīng)速度快，系統(tǒng)魯棒性好。 （三）預(yù)測(cè)電流控制 預(yù)測(cè)電流控制的思想是從開關(guān)的在線優(yōu)化出發(fā)， 根據(jù)負(fù)載情況和給定的電流 矢量變化率，推導(dǎo)出使電流誤差矢量趨勢(shì)于零的電壓矢量去控制 PWMI流器的開 關(guān)。圖3為三相PWMI流器預(yù)測(cè)電流控制原理圖。 L電it檢焉一： VtJu - L-] 3 千 k <12) ** 大 中 , ? * , ■ ■ - - hh

8、■ [ ft* 1 圖3三相PWM整流器預(yù)測(cè)電流控制 預(yù)測(cè)電流控制具有良好的控制效果， 但其控制精度依賴于系統(tǒng)參數(shù)，且在采 樣頻率不高或受微處理器運(yùn)算速度限制的情況下， 其電流誤差比滯環(huán)電流控制要 大。 （四）矢量控制 基于dq坐標(biāo)變換的矢量控制通過對(duì) PWMI流器有功和無功電流的控制，達(dá) 到控制輸入電流的結(jié)果。圖4給出基于dq坐標(biāo)變換控制的系統(tǒng)框圖。其中，電 壓調(diào)節(jié)器輸出有功電流給定id* ,為保證整流器的功率因數(shù)為 1,無功電流給定 id *=0。 這種控制策略不僅具有直接電流控制的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、穩(wěn)態(tài)性能好、自身有限 流保護(hù)能力等優(yōu)點(diǎn)，并且還可以消除電流穩(wěn)態(tài)誤差，使系統(tǒng)得到較好的動(dòng)

9、靜態(tài)性 能。  圖4三相PWMI流器基于dq坐標(biāo)變換矢量控制 (五)直接功率控制 直接功率控制是通過對(duì)PW聯(lián)流器瞬時(shí)有功和無功功率的直接控制，達(dá)到 直接控制瞬時(shí)輸入電流的結(jié)果?；陔妷旱闹苯庸β士刂剖且曰?dq坐標(biāo)變換 控制為基礎(chǔ)的。圖5所示為基于電壓的直接功率控制系統(tǒng)框圖。 有功功率的給定 值p*由PI調(diào)節(jié)器的輸出和反饋的直流電壓相乘得到， 為保證整流器的功率因數(shù) 為1,無功功率給定值q設(shè)為00 有功和無功功率的計(jì)算公式為： P=La(dmia +dbic)+Ud(Saia +&「%) (D dt dt 1 dia die q： —{3La(—ic - -ia)-U

10、d[Sa(ib -ic) Sb(ib -ia) Sc(ia -ib)]} (2) ,3 dt dt 直接功率控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和算法都較簡單， 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能好，魯棒性強(qiáng)，容 易實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，且對(duì)于交流側(cè)電壓的不平衡和諧波失真也有一定的補(bǔ)償作用。 富區(qū) 職H ffff .觸UK .狀東逸 電所矢? 及物卓 圖5三相PWM 整流器基于二電壓的直接功率控制 (六)單周期控制 單周期控制是一種非線性控制技術(shù)網(wǎng)， 同時(shí)具有調(diào)制和控制的雙重性。單周 期控制電路主要元件包括積分器、復(fù)位單元、比較器和 D觸發(fā)器等器件。圖6 所示是PWMI流器單周期控制原理圖: J p-- 電魂

11、越舞- k此 負(fù)蛆 ，R 圖6三相PWM整流器單周期控制 復(fù)位信號(hào) R 單周期控制技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是：控制電路簡單，在一個(gè)周期內(nèi)消除穩(wěn)態(tài)、瞬 態(tài)誤差，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，開關(guān)頻率恒定，抗電源擾動(dòng)性好，魯棒性好。 三、電流型PWM8流器的控制技術(shù) 三相電流型PWMI流器拓?fù)浼捌淇刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 7所示。從理論上講，電 壓型PWM8流器的控制策略均可以對(duì)偶地應(yīng)用在電流型 PM整流器上。但由于電 流型直流側(cè)需要較大的電感儲(chǔ)能，交流側(cè)的濾波電容與網(wǎng)側(cè)電感一起組成 LC濾 波器易導(dǎo)致振蕩和電流畸變，其結(jié)構(gòu)和控制相對(duì)復(fù)雜，僅有有限的幾種控制方法 得到應(yīng)用和研究。本文重點(diǎn)介紹電流型 PWM8流

12、器白^在線PWM^制技術(shù)。 .i -uVi 二 V1定 V 開美侑號(hào) 控制篋制 “噸H調(diào)制 TT 狀者 圖7三相電流型PW慳流拓?fù)浼翱刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu) （一）載波調(diào)制PWM 載波調(diào)制PWMRJ用載波與調(diào)制信號(hào)的交點(diǎn)決定開關(guān)動(dòng)作的位置，產(chǎn)生 PWM 信號(hào)控制電流型PWM8流器。載波信號(hào)一般采用三角波和鋸齒波，調(diào)制信號(hào)可以 是正弦波、注入零序分量的正弦波、梯形波等。 三角載波與網(wǎng)側(cè)電流正弦信號(hào)波調(diào)制圈產(chǎn)生的整流橋人端三相線電流 PWM 波形中，含有與載波頻率相關(guān)且邊（頻）帶與調(diào)制波頻率相關(guān)的諧波成分，幅值較 大的諧波主要分布在載波頻率及其整數(shù)倍附近。由于電流型PWMg流器網(wǎng)側(cè)具有

13、 二階濾波環(huán)節(jié)，這些諧波的存在可能引起網(wǎng)側(cè)動(dòng)態(tài)過程電流諧振。 （二）特定諧波消除PWM 應(yīng)用特定諧波消除PWMT以將電流型PWMI流器人端三相線電流PW瞰形中 不希望有的低次諧波消除，并控制基波電流的大小。文獻(xiàn) ［1］給出了消除偶數(shù)次 諧波和奇數(shù)次諧波的方法。文獻(xiàn)［2］利用三個(gè)單相電流型PWMS流器構(gòu)成三相電 流型PWMg流器，減少了求解非線性超越方程組的工作量，但與三相六管的結(jié)構(gòu) 相比，功率開關(guān)管增加了一倍。文獻(xiàn)［3］提出了一種在控制基波電流的大小的同 時(shí)，消除任意次諧波的方法。 （三）空間矢量PWM 三相電流型PWM8流器的六個(gè)開關(guān)管總共有9種開關(guān)狀態(tài)，需采用三值邏輯 PWM1號(hào)發(fā)

14、生技術(shù)。定義三值邏輯開關(guān)函數(shù)為 I k相上橋臂導(dǎo)通,下橋臂關(guān)斷 ftjo k相上、下橋臂全導(dǎo)通或全關(guān)斷 -1 k相下橋臂導(dǎo)通，上橋臂關(guān)斷 由電流型整流器的9種開關(guān)狀態(tài)構(gòu)成的電流空間矢量圖如圖 8所示。I1-I6 幾為6個(gè)非零矢量，I7- I9為三個(gè)零矢量，當(dāng)零矢量有效時(shí)，直流側(cè)電流通過二 極管續(xù)流，三相電流型PWM8流器交流側(cè)不輸出任何電流。 A（o-n） 圖8電流空間矢量及扇區(qū)劃分 四、PWMI流器控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀 目前，PWMI流器控制技術(shù)的研究取得了一定的進(jìn)展。在電壓型 PWMI流器 控制技術(shù)方面，滯環(huán)電流控制［4］、瞬時(shí)值比較法電流控制［5］、固定開關(guān)頻

15、率的PWM 控制［6］、預(yù)測(cè)電流解耦控制［7］、非線性系統(tǒng)反饋解耦控制［8］、單周期控制、無電 流傳感器的三相PWM8流器控制策略［9］均得到研究。另外，文獻(xiàn)［10］提出了一種 新的帶初始磁鏈估計(jì)的虛擬電網(wǎng)磁鏈觀測(cè)器方案。 文獻(xiàn)［11］提出了一種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 電流內(nèi)環(huán)控制加混合模糊pi電壓外環(huán)控制的雙環(huán)控制結(jié)構(gòu)。 在電流型PWM8流順控制方面，文獻(xiàn)［12］-文獻(xiàn)［15］相繼對(duì)電流型PWM8 流器的Dalta調(diào)制、空間矢量調(diào)制、預(yù)測(cè)控制、電網(wǎng)不平衡條件下的控制、非線 性控制進(jìn)行了研究。 五、控制技術(shù)研究展望 隨著PWM8流器控制策略研究的的不斷深入，其控制技術(shù)主要向以下三個(gè)方 面發(fā)展： （

16、一）電網(wǎng)不平衡條件下PWM8流器的控制技術(shù)研究 目前關(guān)于電網(wǎng)處于不平衡狀態(tài)時(shí)，PWM8流器的研究主要圍繞整流器網(wǎng)側(cè) 的電感及直流側(cè)電容的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，或者是通過控制系統(tǒng)本身去改善和抑制整流器 輸入側(cè)的不平衡因素。為了使 PWMS流器在電網(wǎng)處于不平衡狀態(tài)下仍能正常運(yùn) 行，必須提出相應(yīng)的控制策略。 （二）將非線性控制理論應(yīng)用到 PWM8流器控制技術(shù)中 為提高PWM8流器的性能，研究人員開始將非線性狀態(tài)反饋控制，Lyapunov 非線性大信號(hào)方法以及無源性控制理論應(yīng)用到 PWM8流器控制中。待研究的主要 問題是最佳能量函數(shù)和反饋控制率的確定方法。 （三）智能控制技術(shù)的研究 針又t PWMI流器

17、的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)中的 pi調(diào)節(jié)器的參數(shù)難以確定，以及系 統(tǒng)參數(shù)具有非線性和時(shí)變性的問題，為進(jìn)一步提高PWMI流器的性能，將模糊控 制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制結(jié)合起來， 利用模糊邏輯的智能推理機(jī)制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí) 能力，將能組成更好的控制方案。 六、結(jié)論 本文對(duì)PWMS流器控制技術(shù)原理、特點(diǎn)及三相電壓型和電流型 PWMI流器主 要控制技術(shù)的原理，以及國內(nèi)在 PWMB流器控制領(lǐng)域的主要研究成果進(jìn)行了綜 述，同時(shí)展望了控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。PWMS流器的控制策略均有各自的優(yōu)點(diǎn)和 不足之處?？梢灶A(yù)測(cè)的是，隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展， PWMI流器控制技術(shù) 將會(huì)不斷地發(fā)展和深入，從而促進(jìn) WPMS流器更廣

18、泛地應(yīng)用在更廣闊的領(lǐng)域。 參考文獻(xiàn)： [1]H Karshenas， HKojori ， SDewan. Generalized techniques of selective harmonic elimination and current control in current sourve inverters/converters [J].iEEE Trans Power Electron， 1995， 10(5):566-573. [2]M Salo ， HTuusa.A vector controlled current-source PWM rectifier with a n

19、ovel current damping method[J].iEEE Trans Power Electro，n 2000， 15(3):464-470. [3]D Sharon， F W Fuchs.Switched link PWM current source converters with harmonic elimination at the mains[J].iEEE Trans Power Electron ， 2000 ， 15(2):231-241. [4]詹長江，陳堅(jiān)等.滯后電流控制的PWMI壓型高頻整流電源研制[J]。電力 電子技術(shù)， 1996( 2)： 29-3

20、2. [5]董曉鵬，王兆安.三相電壓型單位功率因數(shù) PWMS流器的研究[J]。電力電 子技術(shù)， 1997( 4)： 39-41. [6]屈莉莉，楊兆華，秦憶.恒頻電流跟蹤控制的三相PWMT逆AC/DC變流器的 研制 [J]. 電力電子技術(shù)， 2002， 36( 4)： 12-14. [7]鞠儒生，陳寶賢，陳燕.一種新型PMWI流器[J]電工技術(shù)學(xué)報(bào)2002,17(6): 42-58. [8]鄧衛(wèi)華，張波，丘東元.三相電壓型PWMI流器狀態(tài)反饋精確線性化解耦控 制研究 [J] 。中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)， 2005， 25（ 7）： 97-103. [9]毛鴻，王毅，吳兆麟.三相電壓型PWM

21、B流器無電流傳感器控制策略研究 [J] 。電工技術(shù)學(xué)報(bào)， 2001， 16（2）： 56-60. [10]趙仁德，賀益康.無電網(wǎng)電壓傳感器三相PW聯(lián)流器虛擬電網(wǎng)磁鏈定向矢 量控制研究 [J] 。中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)， 2005， 25（ 20）： 56-60. [11] 王寶誠，梅強(qiáng)，鄔偉揚(yáng) . 三相變流器的模糊 PI 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制研究 [J] 電工 技術(shù)學(xué)報(bào) 2005， 20（ 8）： 68-73. [12] 李玉玲， 樓珍麗， 張仲超 . 三相電流型整流器的空間矢量調(diào)制技術(shù)研究 [J] 。 電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)， 2005， 17（ 1）： 41-44. [13] 李玉玲， 鮑建宇， 張仲超 . 電流型變流器的改進(jìn)模型預(yù)測(cè)控制 [J] 。 控制理 論與應(yīng)用， 2005， 22（ 6） 1-5. [14] 李玉玲， 張仲超 . 電流型變流器在電網(wǎng)電壓不平衡時(shí)的控制 [J] 。 電力系統(tǒng) 自動(dòng)化。 2005， 29（ 16） 72-75. [14]張興，張崇巍.采用電流矢量控制的電流型 PWM AC/DC變換器的非線性控 制策略的研究 [J] 。微電子與計(jì)算機(jī)， 2002，（ 8）： 7-10.