三相PWM整流电路的建模与仿真

PWM整流电路的建模与仿真一、基于qiid的控制系统网侧PWM整流器的主要功能是保持直流母线电压的稳定，输入电流正弦和控制输入功率因数。直流母线电压的稳定与否取决于交流侧与直流侧的有功功率是否平衡。如能有效地控制交流侧输入有功功率，则能保持直流母线电压的稳定[1]。由于电网电压基本上恒定,所以对交流侧有功功率的控制实际上就是对输入电流有功分量（di）的控制；输入功率因数的控制实际上就是对输入电流无功分量（qi）的控制,而输入电流波形正弦与否主要与电流控制的有效性和调制方式有关。由此可见,整个网侧PWM变换器的控制系统可以分为两个环节,一是电压外环控制,另一个是电流内环控制。其控制框图如下：图控制框图在现有网侧PWM变换器的各种控制方式中,电压外环控制器基本相同，差别主要在电流内环控制器,电流内环的不同，会产生不同的有功电流指令，所以网侧PWM变换器的控制方式主要是按电流内环控制器来分类：电流开环控制和电流闭环控制[2,3]。分别采用滞环电流和空间矢量技术进行PWM调制，如下：二、采用滞环电流技术进行PWM调制1、原理分析直接电流控制通过运算求出交流输入电流指令值，再把交流电流反馈引入，通过对交流电流的直接控制，使该反馈跟踪指令电流值。直接电流控制有不同的电流跟踪控制方法，常见的有滞环电流控制、固定开关频率电流控制、空间矢量电流控制等。因为滞环电流比较PWM跟踪控制硬件结构简单、电流跟踪误差小、动态响应速度快等优越性，所以其在实际电气控制及工业自动控制领域得到了广泛应用。直接电流控制系统框图如图所示[4]。图直接电流控制系统结构图由图可以看出：直接电流控制是一个双闭环控制系统，即电压外环和电流内环。电压外环用来保持整流器的直流侧电压恒定；电流内环的作用主要是按电压外环输出的电流指令进行电流控制，实现对单位功率因数的正弦波电流控制。2、搭建仿真模型（1）建立仿真模型图滞环电流控制PWM仿真模型（2）系统主要参数电源：U=380V，f=50Hz线路电抗：0.001Ω,0.01μH连接电抗：0.2Ω,300μH直流电容：C=8×450μF负载电阻：5Ω直流电压给定值：700V在0—0.1s期间：系统空载运行0.1s后：突加5Ω的负载3、仿真结果（1）、交流侧电压电流波形图交流侧电压电流波形（2）、直流侧电压电流波形图直流侧电压电流波形（3）、电网输出有功功率、无功功率图电网输出有功功率、无功功率三、采用电压空间矢量技术进行PWM调制1、原理分析间接电流控制方法是按照PWM逆变运行时的相量关系来控制整流桥的交流输入端电压，使电压电流同相位的。控制系统的闭环是一个直流侧电压控制环。信号运算过程要用到电路参数R和L，当R和L的运算值与实际值有偏差时，必然影响到控制效果[4]。dq坐标下数学模型为qqdqddqdqduiRiLwdtdiLuiRiLwdtdiLVVV······dq其中：0·23maxdqUu化简为：0····23···maxdqqdqdqdqdiRiLwdtdiLUiRiLwdtdiLVVV由上述推导进行数学模型搭建如下图所示：图电压矢量控制系统框图2、搭建仿真模型（1）建立仿真模型如图所示：图电压矢量控制仿真电路（2）系统主要参数电源：U=380V，f=50Hz线路电抗：0.001Ω,0.01μH连接电抗：0.2Ω,300μH直流电容：C=8×450μF负载电阻：5Ω直流电压给定值：700V在0—0.15s期间：系统空载运行0.15s后：突加5Ω的负载3、仿真结果的波形（1）、交流侧电压电流波形图交流侧电压电流波形（2）、直流侧电压电流波形图直流侧电压电流波形（3）、电网输出有功功率、无功功率图有功、无功功率波形参考文献[1]冯晓云.电力牵引交流传动及其控制系统[M].北京：高等教育出版社.2009.[2]赵仁德.变速恒频双馈风力发电机交流励磁电源研究[D].杭州：浙江大学.2005[3]林渭勋.现代电力电子电路[M].杭州：浙江大学出版社.2002.[4]张谦,朱海云，王斌斌,马海波.基于滞环控制的三相电压型PWM整流器仿真研究