基于DSP的高性能单位功率因数整流器 - 天津电气传动设计研究所及中国.doc

基于DSP的高性能单位功率因数整流器 黄勇，谢运祥，王绍煦 （华南理工大学电力学院，广东省 广州市 510640） 摘要: 在建立三相PWM整流器dq模型的基础上，提出了一种电压PI控制和基于输入输出线性化电流控制的PWM整流器混合控制策略，来实现整流器的高性能特性，并构建了基于DSP的PWM整流器实验装置，介绍了整流器的硬件和软件设计。实验结果验证了控制策略的有效性，PWM整流器的动态性能较好，直流输出电压稳定，网侧输入电流正弦化，且功率因数接近1。 关键词： PWM整流器；PI控制；输入输出线性化；DSP；单位功率因素 High-Performance Unit Power Factor Rectifier Based on DSP Huang Yong，Xie Yun-xiang，Wang Shao-xu (College of Electric Power， South China University of Technology， Guangzhou 510640， Guangdong Province， ChinaAbstract: The dq model of three-phase PWM rectifier is set up. In order to realize rectifier high-performance features, a hybrid control strategy combined voltage PI control with current control based on input-output linearization for PWM rectifier is presented. PWM rectifier experiment device is constructed based on DSP, and the hardware and software design of rectifier is introduced. Experimental results verify the validity of the control strategy, the dynamic performance of PWM rectifier is good, DC output voltage stability, the current wave of electricity net side is ensured being sinusoidal, and the power factor is approching unity. Keywords: PWM Rectifier；PI control；Input-output lineariznation ；DSP；Unit power factor 1 引言 PWM整流器能将网侧交流电流输入控制为畸变很小的正弦化电流，且功率因素接近于1，此外，PWM整流器具有体积小、重量轻、输出电压可调，动态响应速度快等显著优点，符合“绿色电能变换”潮流，得到了广泛的应用与研究[1]。但由于PWM 整流器是一个非线性多变量、时变不确定系统，故采用单一PI控制策略很难达到理想的控制效果，动态性能差[1]。 本文针对目前PWM整流器动态性能差的特点，采用同步旋转坐标系下电压外环PI控制[1]和电流内环基于输入输出线性化控制[2-5]的混合控制策略，并基于DSP对其进行数字实现[6]。实验结果表明：在负载变化较大的情况下，具有较好的动态性能，并且实现了网侧输入电流波形的正弦化，功率因数接近单位功率因数。 2 PWM整流器dq数学模型 三相PWM整流器的等效电路如图1所示。图中Sa ，Sb ，Sc 为单刀双掷开关，ea ，eb ，ec 为三相对称交流电源，R和L为交流侧电感等效参数，C1 和C2为直流侧电容， RL为直流负载。 图1 三相PWM整流器等效电路 Fig.1 The equivalent circuit of three-phase PWM rectifier 定义开关函数如下： (1) 式中，。 在考虑电网电压平衡的情况下，利用基尔霍夫定律及等功率坐标变换，由等效电路可得两相同步旋转坐标系(d，q)下PWM整流器的数学模型[1]： （2） 式中： ，——d-q坐标系中的开关函数 ，——电网电压的d，q轴分量 ，——电网电压的d，q轴分量 3 PWM整流器控制策略 3.1 电压外环PI控制 忽略交流侧电感以及三相VSR桥路损耗，则三相VSR交流侧有功功率pac与直流侧功率pdc相平衡，即