無(wú)網(wǎng)側(cè)電動(dòng)勢(shì)傳感器的PWM可控整流的研究
郭文博，楊貴杰，李鐵才
(哈爾濱工業(yè)大學(xué)．黑龍江哈爾濱150001)
摘要：針對(duì)由傳感器帶來(lái)的高成本、低穩(wěn)定性等諸多缺點(diǎn)，提出一種無(wú)網(wǎng)側(cè)電動(dòng)勢(shì)傳感器的PWM可控整流控制策略。在對(duì)三相電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)方程分析的基礎(chǔ)上，利用交流電流偏差調(diào)節(jié)法重構(gòu)了網(wǎng)側(cè)電動(dòng)勢(shì)的幅值和相角，建立了PWM可控整流的Matlab仿真模型驗(yàn)證理論的正確性。仿真結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠迅速準(zhǔn)確地辯識(shí)出電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)，并且能夠以單位功率因數(shù)運(yùn)行于整流和逆變，實(shí)現(xiàn)了能量的雙向傳輸。
關(guān)鍵詞：PWM；閉環(huán)電網(wǎng)電壓重構(gòu)；單位功率因數(shù)運(yùn)行
中圖分類(lèi)號(hào)：TM34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004—7018(2008)12—0001—03
0引言
PWM整流器是應(yīng)用脈寬調(diào)制技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種電源變流器，它實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)側(cè)電流正弦化，且運(yùn)行于單位功率因數(shù)，甚至可以雙向傳輸，不但可以節(jié)約能源，還能減小電網(wǎng)污染，在能源日益緊缺和電力系統(tǒng)中諧波和無(wú)功問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重的今天，這種能夠雙向高效率傳輸能量的變頻器逐漸成為研究熱點(diǎn)[1]。
隨著對(duì)PWM整流器控制策略研究的不斷深入[2]，傳感器帶來(lái)的問(wèn)題逐漸突出，眾多的傳感器不但增加成本，還會(huì)加大系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，而且在某些特殊的環(huán)境下獨(dú)立的傳感器會(huì)帶來(lái)安裝的不方便。為進(jìn)一步簡(jiǎn)化PWM整流器的信號(hào)檢測(cè)，ToshiHiko Noguchi等學(xué)者相繼提出了無(wú)傳感器的PWM整流器控制策略，得到了廣泛的關(guān)注。
通常情況下，PWM整流器有三種傳感器：網(wǎng)側(cè)電動(dòng)勢(shì)傳感器，網(wǎng)側(cè)電流傳感器和母線電壓傳感器。后兩種傳感器對(duì)系統(tǒng)的過(guò)流和過(guò)壓保護(hù)有著重要作用，因而一般情況下予以保留，而網(wǎng)側(cè)電動(dòng)勢(shì)傳感器則可以通過(guò)計(jì)算得到，對(duì)此研究人員相繼提出了幾種無(wú)電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)傳感器的PWM整流器控制策略[3-5]。本文利用交流電流偏差調(diào)節(jié)重構(gòu)了電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)，Msttab仿真結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確辨識(shí)出電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)，并且能夠以單位功率因數(shù)實(shí)現(xiàn)整流和逆變，對(duì)實(shí)現(xiàn)“綠色電能變換”有一定現(xiàn)實(shí)意義。
1無(wú)網(wǎng)側(cè)電動(dòng)勢(shì)傳感器的PwM可控整流
1．1網(wǎng)側(cè)電動(dòng)勢(shì)重構(gòu)原理
對(duì)電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)的重構(gòu)主要有兩種方案：一是通過(guò)負(fù)功率的估計(jì)來(lái)重構(gòu)電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)[6]，這是一種開(kāi)環(huán)估計(jì)算法，因而精度不高，并且在負(fù)功率估計(jì)算法中，由于含有微分項(xiàng)，容易引入干擾；另一種方案是基于交流電流偏差調(diào)節(jié)的網(wǎng)側(cè)電動(dòng)勢(shì)重構(gòu)[7-8]，這是一種閉環(huán)估計(jì)算法，因而精度較高。本文采用的是第二種方法。
圖1為無(wú)網(wǎng)側(cè)電動(dòng)勢(shì)傳感器的PWM整流器拓?fù)鋱D[9]。
對(duì)于三相平衡系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，設(shè)相電動(dòng)勢(shì)的峰值是Em,角速度為ω，初始角度為θ0，有θ=ωt+θ0，則三相電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式：
而在三相靜止坐標(biāo)系(a-b-c)中，三相電壓通常還可以表示如下：
式中：i是整流器的輸入電流，v是輸入電壓。引入基于估計(jì)相角θ的坐標(biāo)變換，代表估計(jì)值，變換矩陣為：
上述電壓議程轉(zhuǎn)化到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系(d,q)中可以得勝到：
各分量之間的關(guān)系如圖2所示。
將上圖中各分量寫(xiě)為適量形式，則可以得到如下的電壓方程表達(dá)式：
將式（5）、式（6）離散化，可以求得：
式中：Ts是PWM采樣周期。通過(guò)式(7)求得電流離散表達(dá)式：
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