《大工14春《電源技術(shù)》大作業(yè)答案解析》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《大工14春《電源技術(shù)》大作業(yè)答案解析（11頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
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： 2013 年春季學(xué) 號: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PWMI流器控制技術(shù)的原理及發(fā)展趨勢進(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PWMI流器控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀，并對其發(fā)展趨勢進(jìn)行 展望。( 4)總結(jié)(需要說明的問題)。( 5)為區(qū)分離線作業(yè)是否獨(dú)立完成，請寫些自己對該課程的想法或
2、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?？刂萍夹g(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 模變結(jié)構(gòu)控制、基于 Lyapunov 非線性大信號方法控制、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
3、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，并評述了國內(nèi)對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. 晶閘管換相引起網(wǎng)側(cè)電壓波形畸變；2. 網(wǎng)側(cè)諧波電流對電網(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)相對較慢
4、。針對這些問題，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
5、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
6、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)測電流控
7、制預(yù)測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)測電流控制原理圖。L電it檢焉一：VtJu - L-3 千k 12)* 大 中, * , - -hh ft* 1圖3三相PWM整流器預(yù)測電流控制預(yù)測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 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
8、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)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。基于電壓的直接功率控制是以基于 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
9、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 +&%)(Ddt dt1diadieq： 3La(ic - -ia)-UdSa(ib -ic) Sb(ib -ia) Sc(ia -ib) (2),3dtdt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Hffff.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
10、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:Jp- 電魂越舞-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)和控制相對復(fù)雜，僅有有限的幾種控制
11、方法 得到應(yīng)用和研究。本文重點(diǎn)介紹電流型 PWM8流器白在線PWM制技術(shù)。.i -uVi 二 V1定 V開美侑號控制篋制“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)制信號的交點(diǎn)決定開關(guān)動(dòng)作的位置，產(chǎn)生 PWM 信號控制電流型PWM8流器。載波信號一般采用三角波和鋸齒波，調(diào)制信號可以 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
12、 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號發(fā)生技術(shù)。定義三值邏輯開關(guān)函數(shù)
13、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)頻率的PWM 控制6、預(yù)測電流解耦控制7、非線性系統(tǒng)反饋解耦控制8、單周期控制、無電 流傳感
14、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相繼對電流型PWM8 流器的Dalta調(diào)制、空間矢量調(diào)制、預(yù)測控制、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：（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，
15、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
16、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。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流器更廣泛地應(yīng)用在更廣闊的領(lǐng)域。參考文獻(xiàn)：1H Karshenas， HKojori ， SDewan. Generalized techniques of selective harmoni
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大工14春《電源技術(shù)》大作業(yè)答案解析
