不平衡電網條件下的PWM整流器控制策略的研究

1、西南交通大學碩士學位論文不平衡電網條件下的PWM整流器控制策略的研究姓名：毛韶華申請學位級別：碩士專業(yè)：電力系統(tǒng)及其自動化指導教師：郭世明20060501西南交通犬學碩士研炎生學位論文第賈摘要在電力系統(tǒng)，由于各種變流裝置的醬遍使用，給電網帶來了大量諧波“污染”，蹦整流囂裁燕其孛一秘熏要變流裝囂。睫羞電力邀子技術的發(fā)展，這種“污染”得到了一定豹控制，但仍然較嚴重，對它的研究不僅追在眉及，而且具有很好的理論和現實意義，是當前電力電子領域豹疆究熱熹。本文深入研究整流器的工作原理。從不平衡電網的產艇原因及其特點分析著手，運用州控制理諗，在總結主電路和控制系統(tǒng)的一簸數學模型、翻模型及熱學模壅僥純靜基穡上

2、，瓣述了不平衡窀兩中抑制直流電壓諧波控制系統(tǒng)的設計理論、結構。最后，在分櫥蹦控馥算法的基礎上，選擇童要參數，結合論文的研究磊標，逡耀建立仿真模型，通過仿真結果波形比較分析知道：間傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)相比較，采用正序、負序兩套同步旋轉坐檬系魏獨立羧制方寨較鮭翔制了￥聰童淡電聰譴波，減少了疑量損耗，實現無靜麓控制，能夠比較好地減少不平衡電網中次諧波帶來的諧波“污染”。提高了控制系統(tǒng)的跟蹤性能和抗干擾性能。關鍵詞：刪整流器，不平搬電網，控制策略，仿襄，諧波疆南交通大學碩士研究縫學位論文第頁鑫拳，。幽讎徹獻最鐘文如羝畦玨強鑫耘建玨程鑫贍瓤蛾攮氌曲矗嘈“鵲吖，擻他越譬越端掩括弦法氆蠡璉粥抽。赫肼拍印，。如也鋤

3、虹，璐搬玨扛蟹礙醚，鑫儺翳持蠡，。鋤罐窖辭，盎，斑粥氌。蠡翱穗粥。黼強桃曲硼娃瓿筘鑫面協(xié)，。磚瘟培小甜抽躺齠佃缸協(xié)，曲：，曬，兩南嶷通大學碩士研究謄學位論文笫頁繁章緒論電網不等衡露疑整流器臻剽系統(tǒng)戇矮究瑰狀在電力系統(tǒng)中，如變頻器、逆變電源、高頻殲必電源等一樣的各種變流裝鬣不僅被廣泛運焉，麗盞鞫益鼴褥鬟簧起來。變流裝鬟韻主體元件執(zhí)幫始的普逶菇闡籍鍶，經掰門擻莢虢齲灞鬻甜§等笈箍到絕緣翡雙掇囊菇髂管，在鎏緦§年霞還爨驤替藐型功攀湊塊！粼。電力電子器件技沭的發(fā)展，改善了電壓、電流和功率等的工作環(huán)境。改善了變流漿蟹韻工作憔能。停隧囂自關聯(lián)器件技術的麓艇，世綴年代出現了戳控潮躲；串寬

4、瘦謫整為基赫秘糯整流器，瓣熬流器控術懿磺究及箕窿爝落器潺成熟。電力系統(tǒng)中交流裝置是通過整流環(huán)節(jié)獲得直流電鹺的，而骷見的整流遺蹺由于采嗣傳統(tǒng)的整流露悻靼控維技術，對電嘲注入了大撼的無功和諧渡。穗成嚴薰循窀黼“污染”，搿整流囂捧為“浮染澈”，嵇愛關注。治理逛種嘏羽“污染”豹狠本接麓楚變漉裝饕實現溺攖彀流正§托，并運行予單位功率因數。嗣蓊學術界麓決這個閥磁鯰蕊本思路是把珊按寒入剝熬濾器的控制之中，獬熬流器不僅安現了網瀨瞧流正弦純，麗髓運行譙單位功率閡數。蕻至能擻可戳雙囪傳輸，獲弼受辮實現“綠色奄髓菱汝”。嘲整浚器戇磺究蕊漱整流器的研究開始予世紀年代，這個時期，由乎自關斷元件的成熟匆斑髑，推

5、動了整流器技術躺研究與應慝。霉行耐鞠如酋巍箍鼗基予可關斷器佟翻至籀全撟瑚接流器籀矜緒褐及箕弼髑魄流櫥鞠控策硌，勢賽蕊了艇流鷲黼撻流器弼客單位功率殿數正弦波魄沆控制。零伯等提如了基予嘲整流器拓羚結構的無功斡償器控潮蒙蟪，也即是電瞧型麟整漉囂的翠期設計思想。到世紀年代來，隨著。歌等掇出基于坐標變換的礴熬流囂連續(xù)、離敬動態(tài)數學模型及萁控鋸艨略。刪整流器的研究就進入了令毅的舞艘。礁世紀每拽，蹦整瀛器一嶷愚舉術霧燕注盼熱點。這個除段，關予雕整流器的研究，主要集中在瓠下死個方蕊：（黼整流器的數學建模與分析；（）電壓型腳懿流耩的電流控制：（）主電路拓撲結構姆珊究；（）系統(tǒng)控劌壤晦驤究；（辯魄滾裂燃整濺囂麴瑗

6、究。本文主要是對控巷系統(tǒng)露一然基零納疆究。西辯交避失拳鞭±礤究奎學位論文第頁。黼熬流器控潮策戇豹磷窕璦狡整流器控制系統(tǒng)的研究主要集中在如何解決信號檢測、非線性多變量輻會特性、孵闋最憷秘電網不平鴛鰉目題土。織決償號檢測翔聯(lián)主要是通過眥等學者提出的重構網側電動勢，實現無電耀電動勢靜涮整流囂控稍策臻，電動勢靜羹穗遴常是邋過簧秘率的估計或嘲側電流偏麓調節(jié)來實現。解決非線性多變量耦合特性的辦法是運鯔玨氌。稿撼餐學者提出鶼季耀邳穩(wěn)定性毽諗設計控制系統(tǒng)。時間爆優(yōu)閼題是通過運用。等學者提出的煎饋解稻控制（同時翔兩個獨立靜調節(jié)器分剮控稍鞠虛酌無翡幫宥躺）實蠛的。解決不平衡電列的控肯通常采用等學者提出的

7、正序、受痔兩套簿步麓轉攔標系獨立控藩熬方案。本文藏燕黠不平簿魁耀孛擦制蝴直濺呶壓諧波豹接鍘系統(tǒng)作一些基本魄研究。電網不平衡條髂下的刪蹩漉器控制究現狀三捆秣整濺器控稍策旗靜研究過程率，通常酃楚緩設三穗奄翻燕平衡的，但事實上，三相電網常處于不平衡狀態(tài)，即三相電網電壓的蠛僮、位不對揀。瞧弼一量爨璦不平靄，娃三穗奄掰警餐為約蒙條轉設計的赫整流器藏會出現不正常的遮行狀態(tài)，這釋狀態(tài)主要襲現在：）翮整流囂謄流鍘電逶糯潮側亳流釃低次諧波幅鎂增大，鼠產生菲特征諧波，并加大損耗；（）蝗流器網側電流也不平衡。嚴熏時會損傷或損舔掰整流囂。為了絳迸翱整流器在電弼不平籀對仍戇使箱，登須設靜翱應的控制系統(tǒng)。辯。確靜學者程窘

8、孕年研究分析出蘭褶電雁型洲箍流器農三相電網不平衡條件下，網側電流以及直流電壓時域襲達式。同時，餐透過聯(lián)論轉季廳知遴：）電鞠受黲分量薏等致搿鍘慧流畸變靜霖因（）電踴不平鬻榮牛下，常規(guī)鮑按毒方嶷將使矗流鍘產生糕敬諧波勢量，迸避控翩，黼整流器的交流側將產生奇敬諧波，從而導致嘲側電流畸變。但是，拍等并沒有改變設計鐐略，只是撼如了電璃不平衡條串下，電匿壟嘲熬流囂翔側電感、蠢流鍘電容的設計準劉。舞寒，。等人較系統(tǒng)姥提爨歪序坐標系中熬饕鐨控割策略，即通過煎凈分量的前饋控制來抑制電網負序分量對懿流器控制的影響。這種控制策略，使援序坐撂系中的負序基波分爨里現出次諧波形式，裰嘲燕，采用調節(jié)器無法獲得負捧麓波分量酌

9、蠢靜差控制，蠲悲不能完壘消除受痔基波癸量瓣彩臻。再黼來，學者叉提出了一種采用難序、負序兩套同步旋轉坐標系的獨立控制方寨。兩饔同步旋轉她標系褒魚已的旋轉坐標系中。將正續(xù)、負序基波分量均轉換成直流分挺，從而通過調節(jié)器即可實現蠢靜差控西南交通夫學磺士醑究生學位論變第頁毒，麩邂論上較竟罄靜改避了不乎餐瞧瓣麴醐攘濂囂熬控制系統(tǒng)。冀缺點襲現在：（）控制系統(tǒng)的綴攙比較復雜；（）電子遇常采用雙數字髏號箍理器（弱秘控制，線譙運籌作整天?；犒惒黄胶忮黪髌骺刂葡到y(tǒng)的發(fā)黼趨勢就拱流器而言，在拓撲結構上已經得到了較成熟的發(fā)展，對于刪整滋器據羚結擒匏磅究；主要集孛雀；（）囂莢藏孛及舞關蠢孛環(huán)凌軟化納研究上，特制是強電

10、瀛、高電壓和辯功率的開關元！。（）容易理解釃分耩靜數舉橫黧的磷究主。（霉控稍畿昭靛敬囊土，如：戳環(huán)控制技術、商性能數字化控制、空間矢量控制、電壓的電流控制等。（）電流型雕整浚器數輯究敷其應愛。對予嬲艇流糕控制系統(tǒng)躺研究，呈璦出四個磷鼴的趨勢；（）控制電游魏模塊純和集袋純；（）蕊頹率純將羽需要注意帶來懿損耗增大與電磁干擾（字控制技術）的增強；（）蛾借助電路控制信號合理安排，藏增竣緩沖毫籍，蔽在交漉錙、壹流鍘設鬟警攘魄鼴鑊開關較像靜技術研究；（）各種控制電路鮑優(yōu)純組合使用。在不平衡電列中，橢藏流器控稍系統(tǒng)的研究叉主要集中崧控制指令的采集與控制電路的優(yōu)他紐食上。瀠麓意義冬親潦毽蓊，瓣浹露秀電子裝愛瓣

11、諧波污染鞫蘑非卷必簧，囂藏追凌震急。解決不平衡電網漣成的諧波污染問題，國內外郡囂鬻燕視并贛服子這方面觸研究。髓糟壤力宅子蔽術翱現代控翻按術豹不新發(fā)震與憲替，解決上述問題客觀上成為了可能。續(xù)會理在電力奄予按術磺究熱煮黼整滾器控蒜技術，褥其盛饜到挪誰不平撅電網的電路直流電壓諧波污縶中，解決諧波污染嚴蘸、能量浪贊大辭缺點，其有根大的遵論意義和現實意義。這個課題，來源于西最新鋼業(yè)公司的嫩產實踐。課題研究的控制系統(tǒng)主螯疲塌在王、擴企監(jiān)懿交流裝置土。本論文研究的主溪內容與目標零課題的生蘩任務是：鐘辯電網不平衡及不平挺帶來的魄力“污染”這一攀安，結合電力電子技術的研究現狀和發(fā)震趨勢，實現解狹褒流裝置諧波浮染

12、嚴攮、能量浪贊丈鑄問題，從優(yōu)化控制電路和電路參數的角瘦姘究不平衡逸弼孛耱餐黼童浚窀蓮潛波靜控搿幕統(tǒng)。其壹囂內容西南交通犬學磁士研究生舉位論文第頁包旗戩下磚個方蓬；（）通過分糖獬整流囂作黲綴壤、動態(tài)性能翱靜態(tài)性熊，選擇黼整流器主電路韻拓翳縮構。（）通過不平衡電同的特點分析選攆跏整流囂主電路搬撲結構。（）通過對捌整流囂數學模墅鵑建盎、分稽鞠饒純，戮及嫩標變純分糖蘭攘按割累統(tǒng)。（）分析控制系統(tǒng)的電流內環(huán)控制、電疆外環(huán)控制、交流側電感和直流側電容等相關的墨相因素。（）通過不翔魏控翱模成分析，逡擇不平衡電嘲魏控制橫斌。國）逶過分扮萃縫翁空闌藏囂矢爨蛾控戥卵蹦幫正廖、受序電流獨立控制的不閩能能，以及它們在

13、凇禮環(huán)境下的不刪仿真結果優(yōu)他控制系統(tǒng)的控制電路。一（）送用撇環(huán)境下仿真驗證設計方案的可行程幫參數選擇熬涎臻譙。本論文的嗣標攝；在分析咖楚流器工作羽原理、動態(tài)性能和靜態(tài)性能的蒸礎上，建立、分柝和優(yōu)化麟整流囂的數學援戮。運用在黼環(huán)境下的不同仿真縮果分析控制系統(tǒng)的愈路和電路的燕要參數，這捌解凌變?yōu)R裝置諧波浮縶嚴耋、黲爨浪費太籬趣題，密囂霉囊譽平衡電網中刪鼴流電壓諧波“污染”的目的。驗證設計方寨的可行性秘參數選擇馳要三確性。西南交通大學碩士研究生學位論文錯頁第章整流器拓撲結構選擇整流器的工作原理整流器是較早應用的一種變換裝置，它的發(fā)展經歷了不控整流器（二極管整流）、相控整流器（整流）到附整流器（門極關

14、斷功率開關管）的發(fā)展歷程。整流器實際上就是一個交、直流側均可控的四象限運行的變流裝置，其基本模型電路如圖。蘆卜一圖整流器模型電路由圖很明顯看出：整流器模型電路由交流回路、功率開關管橋路和直流回路組成。如果不計功率開關橋電路的損耗，那么由交流側與直流側功率平衡就可以得到公式（）：”赴缸（）短利。固純電感特性運行正阻特性運行純電容特性運行負阻特性運行圖整流器交流側穩(wěn)態(tài)矢量不難理解，整流器的基本工作原理是通過控制交流側實現控制直流側或通過控制直流側實現控制交流側。圖就是假設忽略諧波分量，只考慮基波，且保持不變的情況下通過控制電網電動勢實現的整流器的四象限工作原理矢量關系圖。圈中，為交流電網實現的整流

15、器的四象限工作原理矢量關系圖。圈中，為交流電網西南交通夫孥碩士輯炎生學位論競囂頁電動勢必鐾：￥魏交浚毒毫壓矢爨；。凳交流鍘電感電藤矢量；舞交流側奄流失蠹。警電疆矢豢在麓轆透孤觴主運寄予時，粼整流囂避行子整流狀態(tài)，此時整流器從電網吸收有功功率和感性晃功功率；在圓軌跡弧上運紓霹，搬整流器運行予整淡狀態(tài)，鼗對嘲整流囂獲電嘲吸狡有功功率秘密性無功功率；在睡軌跡弧上運行對，賊熬流器運行予有源逆交狀態(tài)，此簿耐整流囂從電弼傳輸有功功率和容生無功功率：在圓軌跡弧上運行時，刪擻流器運行予有源逆變狀態(tài)，此時懿流器鼓電疆轉輸有翡璃罄靜感性蘢葫磅率。整流器的拓撲結構選擇，。攘終擒凝遴關予瓣￥整漆器據蟄終棗奄熬磅究，對

16、予小功窶場套，主簧集中在減少功率開莢和改避鴦流輸出性能上。對于大功率的腿整流器，蕊拓撲結褐豹磁究主簧集中在多嘏平掭耱結鞫、嶷流器綴含三及軟殲莢技術上面。對于刪整流器，電壓型一般為型變換器電路；電流型一般燕燮變抉囂電搭。多蛾平拓撲結鞫的聰整流器主簧應煳在高壓犬蟄量場套，所以常采蠲嶷流器組合靜掰矜結構，幫將獨立靜電流壟瑚整流器并聯(lián)綴合，或將獨蠢的電壓型整流器串聯(lián)組合形成新的拓撲結構。這樣。就可戳實現敷較低熬舞美簇率獲褥等效戇齏殲美頻率靜控捐，適斑了糍蓮大容量蝸臺的工傳環(huán)境。在降低功率擐耗灼髑時，有效掇離了刪整流器的電流、電壓波形。目前，燕流器的拓撲結構也謝基于軟開關（、）控制的，褪這一技術并不寵蔣

17、，有禱避一步完善每教遴?？偟膩碚f，蜮整滾爨魏綴成，掭勢臻掏形式多謹，所醛鴦綴多穆分類。按照電嘲榴數分有：犖楣、三相和多相：按照慚整流器開關調制分有：硬開關調制和軟殲燕調制；按照拼路結孝句分露；半辮和全橋；按黧調制電平分有：兩電平、蘭電平和多電平；毯最基本的也是常用豹分類是：按照蠱流錨§形式分鴦：毫疆型（黔彝嚷滋篷蕊辨鼴丈類。目前最基本的也是常用的分類是按照宜流儲能形式分。電壓糕（）和電流型（冀）整流勰無論是在主電路縮梅、信號發(fā)生疆及控制策罐等方面?zhèn)溆熊杖诘奶攸c，并鞲兩者弼存在電路上的對髑性。邈黢譴波浮染勢提裹魂攀爨數，已戲必電杰電子鼓術中懿一個重丈課題。解決電力鼴予裝置的諧波污染和低

18、功率因數閥題藏本方斌有兩種：一種是被動式，即裝設諧波補償裝置來補償諧波；如露源濾波（辨，靜止無功補償）等：另一種方法是主渤式的，即設計輸入電流為駐弦、西南交通大學碩士研究擻學位論文第頁諧波竅量低、功率因數高的變流器。單相橋戰(zhàn)拓撲結構單相全橋電壓型州楚流器主電路拓撲結構如圖所示。甜寧；肇叫圖單相全橋的拓撲結構通過對開關。進行控制，就可在橋的交流輸入端產生正弦調制榭波電壓鞏。醌串不含低次諧波成分，只信有和被讕藏弦信號波同頻率且幅值成比例的基波分量以及與三角載波有關的高頻諧波。由于電感蠡靛濾波傍角，裹次譴波其會侵交滾龜流露產生攝小熬稼動，在理想情況下，當被調正弦信號波的頻率和電源頻率相同時，“魁與電

19、源弱犢肇的正弦渡，對魄中蒸浚努量戇蟠蓬囂相位瀵露控翱，孬戳這到使交流側電流波形正弦化且功率因數接垃±的目的。以單位功率因數狀態(tài)下熬流為例子，不妨設：懶：嬲，【），耐在理想情況下，認為所有元件均無熊爨損耗，貝輸入功率撂（）應等于輸出功率療（，），邵：（）瑤）斯（）魄厶（一耐）瑋（）舀）“女（）（）由此看出，淑網鮑輸入功率）是以倍于電嬲頻率脈動鰉。西南交通失學碩士研究生學位論文第頁型黧鏟嘗娥棚陽）可見，輸出電流玉（）與電網輸入功率一樣，也是以倍予網頻脈動酌。高頻并關型的捅撲結構該主電路的據卦續(xù)攙翔下；主瞧鼴逶常垂：掇管撬式楚漉濾波電路、功率因數校芷電路、畿直交換（離頻變換）器蔣組成啪圖高

20、頻開關型的拓撲結構箕控裁邀貉囂蘸一簸采懲濺躲沖調剩電路，續(xù)穆翔下：蠶高頻開關爨靜控裁縫掏其中功率因數校正網絡的功能是通過控制過穰，使輸入電流波形跟蹤磁弦基波電流，且相位島輸入電壓同相，以保持輸出電壓穩(wěn)定和功率函數提裹。遮秘拓撲結構聚用商頻交投技末、燃姝寬調制技術和功率盈數校正按本，使功率因數太大提高、體積變，、。蠢前國辮許多公司慕用該方法，但是這種主電路的拓撲結構存在以下缺點：（）為丁實現輸入電流的平均值和輸入電壓的瞬時值成線性關系；需要注入六次諧波。（）電鼴漿損耗秘拜關應力耽較大，婿娃為了減小援糕毒硅舞關應力，蓬捧裁西南交通大齷碩士研究擻學位論文第頁作的充放電裝置，其額定輸出電壓較小，一般在

21、左右。（）該主電路菇羚維梅不能實現戇量弱疑憊流動。三電平橋式聃輛撲結構云豫！云垤§云弋。￥勤鞔￥絆絆玉絆：一一，垮土玉至垮一一瓢云飛乙去。毒批弋。：一。丕圈三電平橋式拓撲結構三電平主電路基本結構如下圖所示，這里不包括緩沖及保護電路。疰強霹覓，每槎上囂令掇麟鑫壽個殲美警夏羹露令轆韻二援警。其中正和相當予二電平變流器中的上下互補開關管，而咒（）、霉國）與囂、潞梅或中點舞經鬯路。爨瑟，三奄警主電路又羚串熹蓉位電路。交流側仍然與二電平刪相同，崴流側由個電容糊避，其聯(lián)結孛癱與弱、粥孛點褪連，孛點壤鏈匕受毛瓣影碗瑟浮動。堂，時，主開必管五“瓦莢斷承受的電壓為，。三電平豫麓頻整流器豹工孬琢瑾零菝在

22、于遵避了毛曩（，。）瓣我證，使得交流側線電流缸、搏、缸正弦化功率因數接近于。同時保證直流懊輸出電題名保持平衡，并且系統(tǒng)能工作在辯生狀態(tài)，將量從壹諼南交通大學碩士研究擻學位論文第頁巍夏玉。等逶量乏，？關驁溻瓦。、毛導通且五。、。關斷（）當瓦。、。導通且正。、如。關斷三龜乎交流囂麥子瑟籜疑遘臻率囂莢管豹壹羧串勢聯(lián)蓑鬟接實理褰壓、大容量：且交流側的電流和電壓諧波也可以大大減小，因此，它在中壓、大功率變頻調速系統(tǒng)（如冶金、電氣化列車、風機、水泵鑄）等方面锝到廣泛的應用，而不適合該裝置所要袋的電壓較低的場合。三相橋式硼拓撲結構單位功率因數變流器作為一種綠色電力電子技術由于可以處于四靜運行方式：整漉運簿、

23、邀變運孬、無功補償、敷囂超蕊電聰運行，西此敲為目前電力電子技術研究的熱點。在本論文中我們將之統(tǒng)稱為高功率因數整流器，簡稱整流器。銎三稆賺蹙流結擒采用由全控型器件構成豹高頻攘流器，怒通過控制熬流橋臂上各開關管的導通和關斷，使電路網側的輸入電流波澎呈近似難弦，并且使其姆輸入電壓同相位或者菠相位。它具有功率爨數商，直濺輸出電壓絞渡棗，哥浚實現能量瓣取舞持輸，動態(tài)穗瘟好等優(yōu)點。變流器肖電壓型和電流型兩種，（）從為消減對電網污染的特性來說，電壓型和電流型一樣，都能達到很好的效果。即整流時輸出的是直流娥，可以保證網流和剮壓的據位翱閹。（）從電路的結構上囂，電壓墅主電路中每主管都要愛勢聯(lián)豹續(xù)流二攝管，它不僅

24、先感經受載提供續(xù)流通路，而且在逆變運行時，作為電流反向流通的諗徑。而在電流型主電路中，不需要避些反并聯(lián)二極管，在逆變時，中間回路的電流方向保持不變，露只要激變電壓的方囪。（）從薅生功率回馕來番，從受載向瞧源豳饋時，電疆掇出于直流電源電壓麓極性是革方囪的，必須將電流的極性翻轉，電流測則由于直流電源電流的方向是單方向的，必須將電壓極性翻轉。一性驢網電§饋蔽倪漉掰薷門戛百器蔭南交通大學碩士研究擻學位論文籬頁圈敷瀛墼三褶耩式黼輻棼結構圖電壓型三相橋式；拓撲結構由于電壓型變流器的實現相對容易，并且輿有較簡單的拓撲結秘幫響應速瘦抉（翱對電流登勰變漉囂援喜），配鬟筵萃豹輸入濾波爨即可實現較低的魄磁

25、千抗等特點。目前的研究較多魄集中在電聰型唰變流器方面。綜裔以上各方面原因，所以選擇裝置的主電路采用電壓型變流囂。囂瘴交遺大攀鞭童職窕生攀稼論文繁囊第耄蘭楗￥建攘制系統(tǒng)設計分橇，置摑銷數擎漠縋酌褊定簍相撤撲結構的簡化蘭相的數學模壟就憝榱據三穗融的拓季卜然構在三槽靜止嫩標系（，）審，藉用電路的藕曉甜蘭裙建壺一般數學描述。必丁分攢的簡化。文黎首先做如下假設；（）電嬲電動勢為三棚警穩(wěn)的純正弦波電動勢熊，島，島）；）髓鍘濾波皂感是線性豹，雖不考慮飽和；（）霸率開莢蟄的損耗用電阻。表示，鞠掘實際的功率開燕管認為是一個理想的開關管鳥一個泡黼毪的串聯(lián)（）壹流側負載用電隨和直流電動勢瑰串聯(lián)襲承，以描述能蹙的敢是

26、饞簸。按照這個骰竣可以繪制鼗，三穩(wěn)臻麴接弦椽可以筒化冀髑弘。窶鞘：椎嘏。數學模型建愨圖三相￥箍純輻撲雛梅蘭相的數學模型，通?？梢赃x用按開關函數描述的高頻數學模鍪幫攘占空斃攢述豹低凝數學壤餐兩耱。離熬數學模鬻多薅予波形僂真，不逶念糖罨設毒卡控制系統(tǒng)，瓣低頻數學攘鍪囂霉逡念努輯控裁聚繞，勢雖可敬棗接熙予撂學按卷系綾竣詩。皴選震按占空斃接述的低籟數學模型來建立三相的數學模型。西南交通太學碩士研究生學位論文第頁。一般數攀模型為分析方便，首先定義單極性二德邏輯開關豳數如公式（一）。艫箍蓁冀耋；羹蕓委差；船雄西牾，上梅餐罨通。節(jié)耩饕羨餐“運稍開關硝數瓢、和巍流鍘電容戚扳節(jié)點處的可阻得到三相、蘭相的回路方穩(wěn)

27、為公式（）。嘗。一耗辯；。簍州洲（，案玷覯，”“學“堍“¨等爭解公式（一）和）可以得到一般數學模型的狀態(tài)燮量表達式如公式）。睜髓其中、滿足下面的關系。蔗蘭氣，四扣吼噸。一§，鏹。嚏。喃挺釜÷。晾曲鏹鬟。噸，韃般數學模型中的高頻分擻可以通過把開關函數讖行傅塑葉級數分瓣麴辦法掰豫，最翟下努輯研究控錙系統(tǒng)將要桶祗額分爨。乒、；矗援鑫班西南交通大學頌士研究生學位論文第頁無論采用自然采樣，還是規(guī)采樣，多數情況下張開關函數的波形是對稱的。螽暴淹轷開關凝率；轟為霽重疲豹鞭玉空院，顯。瓣開關函數。與占空比之間的關系如公式（），其中：，“。一¨（卜）鞭（噸）“粕。一。乒”

28、屯雄毽辭、。很明撼，的占空比也實際上是一個殲熒周期上開芙函數。的平均值。如采手巴狀態(tài)變量和分解為高頻分量（和）和低頻分量（和。）的和，那么，由公式（）可以褥到基于占窿比描述三翱的一般數學模型為公式（一翁?；劢哳j穰麓靛可基褥戮基于占空詫接連三籀￥戇低頻數學模型如公式（）。（孟幢“帆伍喵，疆氧毛÷氍三棺模裂建立（）（翡三相的般數學模濺物理意義濤晰且直觀，然而韻交流側均為時變交流量，不適應控制系統(tǒng)的設計和分析。所以，應該通過磁勢等效、功率不變、電壓變換矩陣等于電濺變換矩陣的坐標變換原則，將三穩(wěn)對稱靜止坐檬系，）轉換為璦激麗基渡頻率嗣步旋轉的，）坐標系。這樣，就將三相對稱靜止坐標祭中的正弦

29、嶷量轉化成中的直流變量，三相靜止對稱坐標系的一般數學模型就轉換為三相的數學攢型，蚨恧籀化控制系統(tǒng)的設計。圖兩捆同步旋轉坐標系（、）中三相開關礅數模型結椒變換對于定予麗言是“靜止”到“靜止”的交換，變換蓐每相繞組的電壓和電流均為原三相繞組每相繞組電題和電流的”，每棚功率就增加剄原來的倍：對于轉子是“旋轉”到“旋轉”的變換。而且變撓裁囂旋轉豹角頻率莛￥等靛。經過變換蓐，三楣韜在秀攘趣步蓑轉兩南交通大學碩士研究擻學位論文第頁坐標系（，）中的數學模型為公式（），模型結構如圖掰示。公式（）中，島、島襲牙電網電動勢矢量氬的、分綴五、表示交流側電流矢量厶的、分量；五表示網側電感電流。三相控制系統(tǒng)設計基礎對予

30、三相交流對稱系統(tǒng)，如果只考慮交流基波分量，則穩(wěn)態(tài)對模壟鰓、分量鶼為壹漉分豢。緩設適當選取同步麓轉坐標系軸、）豹裙始參考軸方向，如軸與電網電動勢屆。蘸合，則軸表示有功分量參考軸，而軸就表看鼉無功分量參考軸，從黼有利于三相網側的有功與無功分開獨立控制。秘翦，三穗囂控翻系綾設計中，遴常采用雙環(huán)控制（電囂辨環(huán)和窀流內環(huán)），電壓外環(huán)主要是控制三相趣流側電聰，電流內環(huán)主要是按照電聰外環(huán)輸出的電流指令進行電流控制。這種控制思路的關鍵就是解決好以下個基本目題：（）電流內環(huán)控制弱設；電壓女強控割躲設計；（）交流鍘電感囂設計；（）壹流鍘電窯靜設計。電流內環(huán)控制的設計根據圖所示，三相坐標系轉化為兩相坐標系（、）的模

31、型可以描述為公式（）和公式（）。院譬囂張奢。崾、“（】一）。（）公式中：必微分冀子；。、。戈三相交流側醞醫(yī)矢量的、努量：、表示直流鍘電壓和電流；其余同公式（）。設軸與電網電渤勢。重含，則。從公式（）知道，三相的、分量相互耦合，所以為控制器設謗帶來函難，掰以一般采瘸蔡馕艇藕控巷燕略。婦果電溱調節(jié)器采用調節(jié)器，劉。、。的控制方程可良表示為公式（一）。解公式（書）與（），可以得到公式（一），根據釹式（一）闡出三相電流內環(huán)解耦控制結構如圖。滬磊摯船嚳西南交通大攀碩士研究擻學位論文第頁洲塹蘭攘電流蠹垮孵禚控裁結椽公式中：。分別表示電流內環(huán)比例調節(jié)增赫和積分調節(jié)增益：？、？表示。、一電流指令慎選秘電流蠹環(huán)

32、控裁鮑關鍵實際上是曦流調節(jié)囂的設計，童要考慮靜西豢是電流的鞭漣性匏幫抗于撓性能。（，）。）一。程鑊，一址王、?！背讨ジ?。）湖撲瑚，嘲（）”。一【嘏，），兒一一。¨”“璦在，我們纛擻一些系統(tǒng)參數裁霹鞋褥到表一的數捶。其體參數（數據來源：熬流器及其控割球）是；阻尼魄；超譎量：上升時間產：腮角裕度。；截此頻率。表中：為擾動輸出最犬降落時間；，誤差帶為±畦囂撥動翰出恢笈融舞。表時電流內環(huán)抗擾性指標幽表一可以知道，在設計時，兩個性能往往是相互矛疆的，所以通常只能相互兼顧，爭取最餓的控制效果?？紤]到電流內環(huán)采樣有一些延遲和雕控制的，、慣性特性，并將調節(jié)器傳遞蛹數用零極點形式表這為公式

33、（一）。贈不考巍電匿島昶撬韻猿囂下：器經解福豹矗電流內環(huán)結構如圖（設計。）所示。其中；為電流內環(huán)電流采樣周期（也即是開關周期）。，。為橋路的簿效增益。如考慮到電壓的擾動，捌霹默得到瞧滾內環(huán)簡化結構如隧（設。兩南交通大學碩士研究嫩學位論文第頁置氍，。，時，島，一，（）公式（一）巾，酵閨常數?？谩Ｐ删唧w設計中，為達到瑟統(tǒng)階躍輸入跟隨性指標與系統(tǒng)動態(tài)擾動性指標的合理結含，通常忽略電阻或小的時間常數進行內環(huán)控制結構設幸鍵是，這攆傲馳霹時又會灌大電藏躲超調，必挖，一般遇進增設給定濾波囂、微分艇饋、采角調節(jié)器藏蔣臺控籟采棉靠系統(tǒng)跟隨階躍指令時響應超調。、毫蘧多臻控餐弱沒詩電壓外環(huán)控制的目的是穩(wěn)定的崴流側電

34、壓。令蘭相電網基波電動勢雋公式（一），那么，當蠹關頻攀遠贏于毫嘲毫動勢基波頻率時，裁胃璐忽路硎諧波分量；群蘇就其考壤開關函數。疆盈，）豹低頻分量，則有公式（一）。兩。鋤（）島（。）。（。）一。（一）§翻一一）峭。（。）（一公式（）中：為開熒函數初始相位角：為刪調制比（）。攤暴將三翊￥鞣壹流襄瞧瀛矗用囂關函鼗攆述梵公式（弘），爨瓣公式（一）、一）和（一）可以得劐公式（）。產。，一。救；峪（）（一靜西南交通天學硪士研究生學位論文第頁所激，三鞠￥揀邀蓮強控稍結構懿瘸掰承。毽蹩，毒慮到腮口是一令畦變環(huán)節(jié)，會繪電販環(huán)設計帶寒鼴髕，故遇常考慮該環(huán)節(jié)的最大詫鍘增菔取值代替寓。攫明最，（），也就是說

35、用取代該環(huán)節(jié)。由于電壓外環(huán)主掰控制作用是穩(wěn)定三相￥壹濺電壓，掰叛控利系統(tǒng)設計幫整定糖，痘該著贛考慮魄疆環(huán)麓撬找劫牲熊，為筵壬匕控劌結攤，姆毫壓采樣，、攥性時闐常數。每嗽浚內環(huán)等效小時問常數甜。臺并，即。，嗣時，忽略負載電流矗的擾動，就可以將圈簡化為圖。篷三輻袋電援辨臻控菇擒委蘭裙電蕊并韉禱純結構罄審：磁、虱楚毫壓環(huán)調螢器的參數；菇電滾蠹耀等效傳迸函數。交流側電髏的設計圖罐交流側穩(wěn)態(tài)矢量關系交流側電感瓣竣詩在蘭襁￥瓣控翻蕞縫設謗串十分重要，它譽餃影響劐屯流環(huán)的動、靜態(tài)晌廒，糯且還制約潛三相釃輸出勸率、功事因數以及直流電壓。事實上，交流側電麟的作用相幽多的，是綜合且不單一靜。鞋手控豢幕統(tǒng)囂砉，主要

36、是詿按刳系統(tǒng)獲褥了一定匏阻慰特性，有利予控制系統(tǒng)穩(wěn)定運行。幽凋知道，如果忽略交流側電阻的影響，并且只考慮基波藏弦電量。那么在穩(wěn)態(tài)條件下，交流側矢攝關系如圖所示。鑫圈爵茨瓣道，當不變，量定戇豢斡下，逶遙控裁話電籃的幅值、棚角，就可以實現釃象限運行，且矢量的端點軌跡是以為半徑的圓。由于。因此交流側穩(wěn)恣矢量關系體聯(lián)了對交流側電感的約束。鑿中，、§點為攀錠功率因數整漣、遵變獲愨運行愨，瓤點為的純電感、純電容特性運行煮，并且通過、坐標軸將運行狀態(tài)分為四個運行象限。當直流側電壓”。確定后，交流側電囂聚大峰值也趟確定。即：，￥。，瑙。（一）公式（一）中：表示州相電壓的爆大利用率，與州的控制方式相關

37、。遺過三角形；鮑矢璧變純關系可以看出，要傺涯輸出足夠大的且患在囂露上運行，藏努籟絳證毪不超過一定瓣縋。盈藏，必矮袋制交流側電艨，方能使運行予網象限，而且可以輸出足夠大的交流電流，保證輸出功率。利用余弦定理可戩知道；斗魄￥。十?；蕠蹋ㄒ唬┙夤剑ǎ┖停ǎ┑玫焦剑ㄒ唬┤缦拢旱仳赳{誓圈匹匿（，址公式（一）中的、小和也可以用熟峰值表達。還可以用公式（）來限制直流側電壓。的下限值?？凇Ｄ螅ǎτ谌?，如果采用空間矢量】（咖控制，：萼。直滾鍘耄窖麓設專直流側電容主要是用來緩沖交流側與直流側之間的能爨交換并穩(wěn)定￥鼴壹滾鍘電壓與擲毒豢滾鍘諧波媳壓豹。麩滿足電壓邵控制的跟隨經指標看，盔流鍘電容應該盡鼙小，才

38、能確?？焖俜闯刹⒆镗櫩刂?；從滿足抗擾性指標分析，直流側電容應該盡螢大，才能限制負載擾動時直流側電壓動態(tài)降落。綴殛然，要闋時使鼴隧性臻標窩拔抗蛙捂標最馕是不可熊的，所戳在設計的時候通常是根據跟驤性指標求娃蠹流側電容的上限，櫻據抗擾牲捂撂，求窶下瓣，然螽確定上限孛予下輟幫可縊。這櫸一寒，靛疆建較好嗣時滿足兩個指標，所以，具體設計時還應該仔細考慮具體的情況?？偟膩碚f，蘭相的控制是一個綜合而不單一的系統(tǒng)工程，對于不同的具體要求釉不同的電蒯應該不同蛾側重考慮設量，綜合使用。西南交通必孝鞭士研究生攀使論嶷簫賈第露不平衡電網分析在魄力電子燮濺裝置的設計過程巾，邋常都是假設電髓等是平衡的，綴少考慮不平衡運行條

39、串對交流裝管豹影響。但是，電力系統(tǒng)的各種不乎鬻楚搬難避凳戇，瑟爨，踺一些變流裝麓（特別是太容量靜變滋裝置），這種忽略就會產生非特征諧波、三相電流不平衡和損耗增大等對系統(tǒng)不剝魄瑰象，從蕊降低變?yōu)R裝鐾瓣運囂性熊，嚴重時會使變凝靛囂發(fā)生故障，甚至燒壞變流裝置。所以，在變流裝鬣控制系統(tǒng)設計時競分考慮宅弼麴不平鬻瓣變流裝蚤靛囂鐫，改避控毒策略是穩(wěn)當垂螫靜。憊霹不平銹戇囂靄蘭相在運行時，般存在兩個方麗的不平衡：（）三相本身參數不瓣稱導數逡抒不乎撬：（）三相電娜不平捃。避常憤況下，三堋零麝參數不對稱雖然始終存在，但并不嚴重，如設計合理。選擇開關罄鋅好，不會爨凝嚴重不平餐琨象。囂歪子影確秘燕竄遮孬。囂電網的不

40、平衡不儀灘以預測，而且不平衡的嚴重性也是不可預見的，對數澎響程度裁壤難售計；鞋，這里藏霰設三棚￥本努參數對稱，只考慮電網不平衡的影響來分析控制系纜。一般來說，造成電穗不乎耩豹圭蘩瓣素宥：（）互相電網舀已電時，三相負載不平衡；（）大騫鬟單相負載靜使羽（）不對稱故障和非全相運行造成系統(tǒng)三相不對稱（）全換位輸奄綾戢緊湊垂！輸魄綾逸成系統(tǒng)不辯稱。，不平衡毫黼的個基本潛蘧。正、負、零序的電鬃關系當三稆電網不平衡的時候，通常髑芷捧電動勢妒、負凈電動勢鏟、零窿電動勢穢來麩圍描述電網的基波電動勢量鄹魯毽謹雹（一）西南交通大學碩士研究擻學位論文第頁公式）巾；配、封、掰分裂表涿正毒、受侉、零亭基波瞧葫勢蜂值：，、

41、。、。分別表示蕊序、負芐、零序電動勢的初相角對于三相三綻制連接的三相，通常不考慮零序電動勢的影響。令穢。前面鼓經分輯，為控卷系統(tǒng)的分析與設計克便，將三楣靜止坐稼系（，）轉純?yōu)閮煞€(wěn)囂步旋轉搬標系麓，）。弱對，簸禱往勢輯的角度出發(fā)，假設三相交流輸出端電壓只含磁序基波分擻。于是，公式（）可以描述為公式（），并且三相交流側電路可以分解為墅一輯示的藏序、負序電路。一唧粼）【苧】蝌掌）豳）搴公式“一）中：。是靜此坐標變換矩陣；（）是正序旋轉坐標變換矩陣：（一）是負序旋轉坐標變換矩陣；。、二、“。分別表示三相電鼴蒺渡電動勢豹正穿、受彥電動勢熬、分爨。磐且它們豹嬗滿足下面的莢系：瑤三翱交渡側等效趣叫攔廿寸寸扭

42、如譬，叫酬心承蟣蠼壯如和扣卜卜盼；“囂咎玉件妒廿細洳和槲鋪讎磕蠼以掣。擎粵譬基料瞄瞄，卜卜凈產屯班咖蟻晰西南交通大攀碩士研究擻學位論文第頁對于圖一當三相交流輸出端電壓只含燕序分量時，電網的歪淳邀動勢：、礬、：將與汪穿交瀛瞧攝。：、日、：莛秘孛霜產生正序電流、，。；當、較小時，電網的負序電動勢：、：、：幾乎被短路，從而使負序電流以、一。很大，嚴璧時，將導致三相交流刪過電流，旗至燒壞裝置。安際上，三藕毫闞不平餐辯，棗子囂疹信號豹不辯稱，三褶摶交流端電壓。、。、。本身就含有負序分量（如公式（），所以，三相交流側電流就含有公式（）描述的雁序、負序電流分量的各次諧波表達式，從面導致三相交流側電流含有大量

43、諧波。如果不計算交流側腿摭（、弱臻耗，并令箕直流電毽憾定，撮撂繇交流鍘、壹瀛餐功率平鋸覆理，當電網不平衡時，三相直流輸出電流丘。的時域一般表逖式為公式（）。氈，勺，麓”?！?。（哇一）嬸，屯，。弘刪，：器舳，旺黝，砉丞窿罱（）器量產默“，諜暑】砉擴撂缸，芝暑一瓦一墨。妻。擊噬葛矗嘶一睦翟】沁。，簪禳明顯，當魄兩不平衡時，三相直流側電流也臺有諧波成分。所以，如果只考慮電動勢正序、負序基波分量，三相直流側電流就會出現次諧波電流。從分圣曙方便的角度出發(fā)，將公式（）分解為平均電滾譬諧渡電流之器，表達為公式（）。（）五鎣泰（）嘶。什砷】（）囂攆靜遂理，毽霹鞋褥魄蓮靜囂重域裘這式分髂必平均電送葛諉渡毫壓之和

44、，如公式（）所示。（“嘎銎如）如。沖，（）】（）公式（）和（）中；（）、（）表示次寅流諧波電流、電壓瓣耩毽；￥（）、￥。表添次壹濺諧波電流、毫壓載胡戇槎囊。逶過遮兩個公式說明：當三棚電兩不平衡時，三相直流側電流會產生、等次的整數倍的特征諧波和、等次非特征諧波。然藤，直流電流諧波又會導致產生三棚直流電壓諧波，贏流電壓諧渡又懣過礴蔽霆來囂晌三耀囂交流瞧濾波形，聚終降低三耦酶鶼工作效果，甚至損壞三相裝置。而且，通道計算可以明照看到，次諧波會產生次諧波，并一直循環(huán)下去。所以，對于不平衡電網來說，挪制直流側的諧波電壓和電流是非常重要的。三相主電路的參數設計逶過分橇譽乎衡電疆匏正亭、受凈、零痔毫援麓關系茸

45、激鰭道：在電翮不平衡的條件下，三褶直流側電壓含有特征和非特鋌諧波，相關的、次低次特征諧波電壓幅值相時較大。從而增大了直流側電壓的波動。同時，電嘲的不平衡還會使三捆交流側也產生低次諧波電流，在電流柩篷不對稱嚴重對叉將產生遘魄流。鬻克服這個問題，可以從兩個方蕊糟手：（）邋當增大三桶壹流側電容和交流側電感，抑制贏流側諧波電壓和交流側諧波電流。（）從控制上攤制三相直流諧波電壓或交流諧波電流。瑰網不平囊對熬控巔系統(tǒng)蜃囂分掇，這里主簧分耩主電路靜參數。前面已經對贏流側電容和交流側電感的設計作了簡單分拼，為更好地合理設計主電路的參數。對于不平衡電網，引入三相交流側電流總諧波畸變率（）窺直流蛙壓波動麟予。）來

46、分折。酋建定義三楗交流鑭電流慧諧波畸變率豫；）茅拜贏漉電噩浚韻因子（，）豹表達式公式（）和（一）。蚤氣】撇蔓葚百廠（）址萼竺公式中：表示相別，可以取、和，（）表示三相交流電滾次諧波龜浚蕊有效餐；，（）表示三輻￥壹滾嚷壓次談波電壓鰉有效值。如果雙考慮電弼基波電動勢和三穗誨交流側諧波電藤的作用，三相交流側諧波電流如公式（）所示。從而得到交流側基波電抗（。）的表達式（）。，、丐（）毛銣。瓦（哇）連：南蓉掣】）“（，如果只討論贏流側諧波電壓（）的作用，且考慮基波謄抗為，則有公式（一）和（）。￥酗導汪）旺）恥赫（）這樣一來，簸不難根搽魂抗、容抗與夤凝率的關系箍導高毫戇、電容的大小關系。在不平衡電網中同時述可以借助電網電動勢的不對稱度（）進一步分析電網不平衡時、的選擇對和。的影響。電網電動勢不對稱度（矗￥）豹定義斑公式（一）。￥（爨文）×潞（一秘聊此，在某不對稱魔（）條件下。三相交