電流型PWM整流器控制策略及應(yīng)用技術(shù)研究.pdf

1、PWM整流器按照直流側(cè)電源特性可分為電壓型整流器(VSR)和電流型整流器(CSR)。因CSR具有功率因數(shù)可調(diào)、網(wǎng)側(cè)諧波電流抑制、電流直接控制以及降壓輸出等優(yōu)點(diǎn)，已被應(yīng)用于如超導(dǎo)儲(chǔ)能、電池組充電、有源前端、電機(jī)驅(qū)動(dòng)等場(chǎng)合。隨著功率器件與磁性材料技術(shù)的不斷發(fā)展，三相CSR的效率問題將得以解決，因此三相CSR將獲得更廣闊的發(fā)展空間與應(yīng)用前景。
　　論文針對(duì)三相CSR的特性、控制策略以及參數(shù)設(shè)計(jì)等展開深入研究，主要包括以下幾方面內(nèi)容：

2、r>　　三相CSR被廣泛應(yīng)用的主要障礙之一是其相對(duì)較高的功率損耗，論文對(duì)兩種電動(dòng)汽車非隔離式充電拓?fù)?，即三相CSR和VSR+Buck進(jìn)行效率分析與比較。首先，分析了空間矢量調(diào)制下兩種拓?fù)涞膿Q流過程與損耗特性，根據(jù)廠家提供的功率器件特性數(shù)據(jù)，基于曲線擬合理論計(jì)算出系統(tǒng)的開關(guān)損耗。通過對(duì)變換器開關(guān)損耗、導(dǎo)通損耗以及濾波器損耗的計(jì)算，形成了一套完整的PWM整流器損耗計(jì)算方法，為以后三相CSR的設(shè)計(jì)提供了重要的工程依據(jù)。結(jié)果表明：當(dāng)額定輸出為1

3、0.5kW(350V/30A)時(shí)，三相CSR的效率優(yōu)于VSR+Buck拓?fù)?，從而修正了大家?duì)三相CSR效率低下的誤解。
　　論文詳細(xì)分析了三相CSR正弦脈寬調(diào)制和空間矢量調(diào)制技術(shù)，考慮到輸出側(cè)并聯(lián)二極管的情況，簡(jiǎn)化了二-三邏輯的變換中的邏輯分配電路。在此基礎(chǔ)上，給出了一種電流型SVPWM的簡(jiǎn)化調(diào)制算法，省去了坐標(biāo)變換和三角函數(shù)計(jì)算，提高了運(yùn)算速度。
　　基于三相 CSR拓?fù)洌岢鲆环N以極化電壓作為控制量的可變充電電流模糊控制

4、策略，包括變恒流與恒壓兩種充電模式。針對(duì)變恒流模式，引入電池二階Thevenin電路模型，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)構(gòu)建電池在不同充電電流下的極化電壓與SOC的關(guān)系曲線；將極化電壓及其變化率作為輸入量，利用模糊控制器推導(dǎo)出下一時(shí)刻的參考充電電流，從而降低整個(gè)充電過程中的平均極化電壓；當(dāng)電池電壓升至截止電壓時(shí)，三相CSR充電系統(tǒng)轉(zhuǎn)為恒壓模式。因此，該系統(tǒng)能夠在保證充電速度的同時(shí)，有效增加電池的循環(huán)壽命。針對(duì)變恒流和恒壓兩種模式，基于三相靜止坐標(biāo)系建立

5、了具有功率因數(shù)延遲角自調(diào)節(jié)能力的間接電流控制策略。在頻域內(nèi)對(duì)電流內(nèi)環(huán)、電壓外環(huán)控制器參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化配置，使得系統(tǒng)在兩種控制模式下，均能實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)以及網(wǎng)側(cè)電流正弦化。
　　論文從瞬時(shí)功率理論著手，對(duì)三相CSR中瞬時(shí)能量流進(jìn)行分析，在兩相靜止坐標(biāo)系下，提出了一種電網(wǎng)電壓定向的三相CSR功率控制策略。詳細(xì)研究了電流內(nèi)環(huán)比例諧振控制器各參數(shù)對(duì)其穩(wěn)定性、魯棒性以及動(dòng)態(tài)性能的影響，并根據(jù)性能指標(biāo)要求確定系統(tǒng)參數(shù)，由于該策略無(wú)需旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換

6、、鎖相環(huán)和前饋解耦等環(huán)節(jié)，可有效避免因相位檢測(cè)誤差以及解耦不徹底所帶來的問題。采用頻域法對(duì)電流內(nèi)環(huán)開環(huán)傳遞函數(shù)進(jìn)行研究，針對(duì)靜止坐標(biāo)系下電流內(nèi)環(huán)開環(huán)低頻增益對(duì)系統(tǒng)性能的限制，提出一種電流內(nèi)環(huán)級(jí)聯(lián)滯后補(bǔ)償方法。為了實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制，將控制模型進(jìn)行離散化處理，并在離散域中設(shè)計(jì)控制器參數(shù)。另外，控制策略的實(shí)現(xiàn)采用基于模型的軟件設(shè)計(jì)方法，通過建立Simulink算法模型，實(shí)現(xiàn)控制算法與代碼的統(tǒng)一，從而加快了系統(tǒng)的驗(yàn)證進(jìn)程。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：所提出

7、的控制方法具有良好的動(dòng)、靜態(tài)性能。
　　由于電流外環(huán)與運(yùn)行工作點(diǎn)有關(guān)，針對(duì)電池組容性負(fù)載，提出了一種電流外環(huán)開關(guān)選擇控制器，根據(jù)負(fù)載電動(dòng)勢(shì)并依照運(yùn)行工作點(diǎn)與控制器參數(shù)之間的映射法則，選擇最佳的外環(huán)控制器參數(shù)，從而改善系統(tǒng)在寬電壓、電流輸出時(shí)的性能。利用前饋解耦控制策略，在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下建立了三相CSR多環(huán)路控制的線性大信號(hào)數(shù)學(xué)模型。為了有效抑制整流器輸入側(cè)LC濾波器產(chǎn)生的并聯(lián)諧振，引入電容電壓反饋有源阻尼控制環(huán)路。基于頻域法對(duì)含有源