三相电压型PWM整流器的仿真.doc

武汉理工大学《电力装置与系统》课程设计说明书  PAGE \* MERGEFORMAT  摘要 为了解决电压型PWM整流器直接功率控制系统主电路参数设计问题,根据整流器在dq两相同步旋转坐标系中的数学模型建立了其功率控制数学模型.基于功率控制数学模型,结合整流器直接功率控制系统的特点,推得交流侧电感是由功率、功率滞环比较器环宽及开关平均频率决定的;直流侧直流电压是由交流电压、电感及负载决定的;突加负载时直流侧电容是由直流电压波动、功率、电感及负载决定的.根据上述影响主电路参数的诸多因素,提出交流侧电感、直流侧电压及直流侧电容的设计方法.计算机仿真和实验证明了本文提出的设计方法是可行的. 关键词 PWM整流器; 直接功率控制; 直流电压; 交流侧电感; 直流电容  PAGE \* MERGEFORMAT 12 目录 1 电压型PWM整流器2 1.1电压型PWM整流器拓扑结构及数学模型3 1.2 电压型PWM整流器DPC系统结构及原理3 2 电压型PWM整流器DPC系统主电路参数设计5 2.1?交流侧电感的选择5 2.2?直流侧直流电压的选择6 2.3?直流侧电容的选择7 3?电压型PWM整流器DPC系统仿真与实验9 3.1?系统主电路参数设计9 3.2?系统仿真9 3.3?系统实验10 4 总结与体会12 参考文献13 1电压型PWM整流器 1.1电压型PWM整流器拓扑结构及数学模型 电压型PWM整流器主电路拓扑结构如图1所示.图中，,为三相对称电源相电压为三相线电流;为驱动整流器开关管(绝缘栅双极型晶体管IGBT)开关函数;定义为单极性二值逻辑开关函数,=1(j=a,b,c)则上桥臂开关导通,下桥臂开关关断,=0下桥臂开关导通,上桥臂开关关断；为直流电压;R,L为滤波电抗器的电阻和电感;C为直流侧电容;RL为负载;为整流器的输入相电压;为负载电流。 图1-1?电压型PWM整流器主电路拓扑结构 ? 由图1-1可知: 为便于系统分析,将PWM整流器在三相对称坐标系中的数学模型变换到dq两相同步旋转坐标系,正交变换矩阵为 式中,ω为电源电压角频率。 经T3s/2r变换,得到整流器在dq两相同步旋转坐标系中的数学模型： 式中,,;,，与,分别为整流器输入电压矢量、开关函数在d,q轴上的分量;，,与,为交流电源电压矢量、与电流矢量在d,q轴上的分量. 根据式(2)及三相对称系统功率计算,（为电源相电压幅值)可得以p,q为变量的功率控制数学模型 式中，。 1.2 电压型PWM整流器DPC系统结构及原理 电压型PWM整流器DPC系统有多种方案,经综合比较采用有电压互感器方案,如图1-2所示.整流器DPC系统主要由主电路和控制电路组成.主电路由交流电源、滤波电抗器、整流器、直流电解电容器、负载组成;控制电路为直流电压外环功率内环结构,由交流电压、电流检测电路和直流电压检测电路、功率估算器、扇形划分器、功率滞环比较器、开关表及PI调节器组成.瞬时有功与无功功率根据检测到的电流,，，及,,进行计算,得到瞬时有功和无功功率的估算值p,q及三相电压，，在αβ两相静止坐标系中的,扇形划分器根据，划分扇区,得到扇区θn信号.p和q与给定的和比较后的差值信号送入功率滞环比较器得到,开关信号;由直流电压外环PI调节器的输出(代表电流)与直流电压的乘积设定,设定为0,以实现单位功率因数.根据,,θn在开关表中选择所需的，去驱动主电路开关管.图1-2中略去了电阻R 图1-2 PWM整流器DPC系统结构 2 电压型PWM整流器DPC系统主电路参数设计 ?? 在主电路拓扑结构、交流电源电压及负载一定的情况下,主电路设计主要是确定网侧滤波电感值、直流侧电压和直流侧电容值. 2.1?交流侧电感的选择 交流电感的主要作用是滤除交流侧PWM谐波电流,当在整流器稳定于单位功率因数运行时,瞬时有功功率决定了交流电流.对此,需找出功率与电感的关系.根据式(2),略去了电阻R,考虑到整流器稳态运行单位功率因数时,q=0,式(3)可变： 根据，由（4）式可知