三相PWM變換器矢量控制與直接功率控制研究
1 引言
三相PWM變換器應(yīng)用廣泛,在整流、有源濾波、交流傳動等控制中都具有較好的性能。
三相PWM變換器控制策略主要有矢量控制與DPC。矢量控制又可分為電網(wǎng)電壓定向與虛擬磁鏈定向兩種。其中電網(wǎng)電壓定向結(jié)構(gòu)簡單,控制效果好,技術(shù)成熟,得到廣泛運用;而虛擬磁鏈定向雖可省去電壓傳感器,但磁鏈計算的精確程度會增加控制的復(fù)雜性。DPC原理類似于直接轉(zhuǎn)矩控制,通過分析變換器的不同電壓矢量在每個扇區(qū)對電網(wǎng)輸入(輸出)瞬時功率的控制作用,制定開關(guān)表進(jìn)行控制。相較矢量控制,DPC具有算法簡單、動態(tài)響應(yīng)快的優(yōu)點。
在此根據(jù)三相PWM變換器的數(shù)學(xué)模型,采用電網(wǎng)電壓定向的矢量控制與滯環(huán)控制的DPC策略,構(gòu)建了實驗平臺對兩種控制策略進(jìn)行分析比較。實驗結(jié)果表明,矢量控制與DPC均能實現(xiàn)直流母線電壓與電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)的穩(wěn)定、可調(diào)。其中矢量控制穩(wěn)態(tài)效果較好,DPC動態(tài)響應(yīng)較快。
2 變換器數(shù)學(xué)模型及矢量控制策略
2.1 三相PWM變換器數(shù)學(xué)模型
三相PWM變換器的數(shù)學(xué)模型是對其進(jìn)行動態(tài)、穩(wěn)態(tài)運行分析和控制的基礎(chǔ),其主電路見圖1。
根據(jù)圖1可得三相PWM變換器在同步旋轉(zhuǎn)d,q坐標(biāo)系下的電壓方程為:
式中:igd,igq為網(wǎng)側(cè)電流d,q軸分量;ugd,ugq為電網(wǎng)電壓d,q軸分量;uod,uoq為三相變換器輸出電壓d,q軸分量。
2.2 電網(wǎng)電壓定向的矢量控制策略
三相PWM變換器采用電網(wǎng)電壓定向矢量控制,將d軸定向于電網(wǎng)電壓合成矢量ug方向,q軸超前d軸90°,空間矢量圖如圖2所示。
采用電網(wǎng)電壓定向矢量控制策略:ugd=Ug,ugq=0,其中Ug為電網(wǎng)電壓矢量的幅值。
將定向條件代入式(1)有:
由式(2)可得如圖3所示的三相PWM變換器矢量控制結(jié)構(gòu)框圖。
3 三相PWM變換器的直接功率控制
采用電網(wǎng)磁鏈?zhǔn)噶慷ㄏ?,即將坐?biāo)系d軸定向于電網(wǎng)磁鏈?zhǔn)噶?,空間矢量圖如圖4所示。
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