黄蔷硕士论文
1,电网电压不平衡下三相VSR的控制策略研究,指 导 老 师：曾岳南 教授学 院：自动化专 业：控制理论与控制工程 研究生姓名：黄蔷,2,论文展示的主要内容,一、课题研究的背景及意义,二、电网电压不平衡下三相VSR的建模及分析,三、由dq轴扩展至dq0轴的瞬时功率理论,四、加入内模控制器的改进控制策略,五、算法验证及结果分析,3,一、课题研究背景和意义1.1背景：三相VSR（Voltage-source-rectifier),也称作三相电压型 PWM整流器，由于多种优势目前正得到广泛的研究与应用。,优势,网侧电流正弦化，谐波含量小；单位功率因数,双向能量流动；,体积小、重量轻等,结构简单、控制方便,平衡控制策略的研究,不平衡控制策略的研究,直流电压可控,4,1.2 课题研究意义：,三相系统完全对称，三相电网完全平衡在电网运行中是一种特例，在实际电力系统中几乎不可能成立。在这种情况下，若仍采用平衡控制策略，三相VSR系统将出现不正常的运行状态。,不正常运行的 表现,1：交流电流不对称，出现某些相的电流远大于其他相的电流，轻则引起系统故障保护，重则严重威胁整流器的功率形状，甚至烧毁装置。 2：交流电压含有大量低次谐波，发生畸变 3：大量低次谐波造成交流侧损耗增加 4：直流侧含有大量的偶次非特征谐波,5,三相VSR的拓扑结构图,电网平衡下：网侧电压（ 一个等效路）电网不平衡下：网侧电压,正序分量：,负序分量：,零序分量：,交流回路,功率开关管桥路,直流回路,正负 序等 效电 路,二、电网不平衡下三相VSR的建模及分析,6,电网电压不平衡下三相VSR数学模型分析,经过电路分析，得出三相VSR的数学模型：,（1）负序电压的存在,负序电流存在,调制 作用,经直流电容、负载电阻滤波后,直流侧电压产生二次谐波,（2）直流电压二次谐波和正序开关函数基波,交流侧电压产生3次谐波,交流侧电流有3次谐波,（3）如此反复，直流侧中存在2、4、6等偶次非特征谐波；交流电流存在3、5、7等奇次特征谐波,出现正序回路、负序回路,7,不平衡三相电网分别为：325V、311V、295V 不平衡度为：12%,平衡控制策略下三相VSR系统仿真图,仿真验证,8,网侧电流 iA iB iC,A相电流总畸变率,直流侧电压波形,9,三、瞬时功率理论,基于dq0坐标系下的三维复空间瞬时功率理论,基于dq坐标系下的瞬时功率理论,零序电流为0，零序功率量对直流侧不产生影响,零序电压的存在，零序功率量对交流侧会产生影响,10,11,优势：,1、体现出零序电压对瞬时虚功率的影响，使常规计算方法中三相VSR网侧功率由6个分量扩展为12个分量。 2、数学模型基于dq坐标系中，这样直观、方便对系统分析与设计。 3、采用此瞬时功率定义方法对三相VSR网侧功率有清晰的认识，适合于三相VSR的功率分析和优化控制算法的设计研究。,12,四、控制策略的研究,控制目标：（1）控制直流侧输出电压，使直流侧电压可控（跟踪到给定电压值、使之恒定在某一值、具有一定的抗扰性能） （2）控制网侧输入电流，使之正弦化；与网侧输入电压同相位（单位功率因数）,控制系统：电压电流双闭环控制是目前应用最为实用化的控制方式。 特点是:输入电流和输出电压分开控制。,电压外环的输出作为有功功率的指令信号，经过功率与电流的关系矩阵算出电流指令信号；电流内环则控制输入电流，使之快速地跟踪电流指令，使网侧电流正弦化，实现高功率因数。,输入电流的控制：,输出电压的控制：（无二次谐波）,13,4.1 控制策略选择,网侧电流对称控制策略,消除直流侧二次谐波的控制策略,本文研究的重点,根据应用场合的不同，实现相应的控制效果,14,消除直流侧电压二次谐波控制策略,功率 与电流 关系矩阵,15,消除直流侧电压谐波控制策略结构图,16,系统仿真图,17,18,网侧电流对称控制策略,实际值：,方法：通过在交流侧输出一个与电网负序电动势幅值、相位完全相等的负序电压，两者相互抵消。,方法：使电流内环中电流控制指令,19,功率 与电流 关系矩阵,网侧电流对称控制结构框图,电压外环的改进,20,内模控制器对系统的改进,内模控制结构框图,内模控制器设计简单、控制性能好、鲁棒性强,闭环响应：,反馈信号：,电压外环采用PI控制器时，对扰动的克服能力不强，鲁棒性差,21,内模控制器的设计,在所有时间内和任何干扰作用下，系统输出都等于输入设定值 说明系统对于任何干扰都能加以克服，能实现对参考输入的无偏差跟踪。,22,基于内模控制器的电压外环结构图,基于内模控制器的电压外环仿真图,加入滤波器,23,在三相VSR系统中，C不变,24,仿真建模与仿真波形,25,网侧电流 iA iB iC,A相电流波形总畸变率,A相电压波形和放大3倍后A相电流,功率因数,26,直流侧电压波形,在0.15s加负载扰动，电压环采用PI控制器和采用内模控制器的波形对比,电压含有二次谐波分量,27,二倍频陷波器的设计,陷波器的传递函数为：,28,网侧电流对称控制策略，在直流输出侧加入陷波器后的电压波形 与 消除直流侧二次谐波控制策略的直流侧电压波形对比,29,控制策略对比及总结：1、根据瞬时功率分析可知：当采用消除直流侧二次谐波的控制策略比采用网侧电流对称控制策略的功率因数低。 2、消除直流侧二次谐波方法中，检测网侧电压电流正、负序量的方法会产生较大的延时，影响系统的响应速度。 3、对于三相VSR系统而言，输入电流的控制才是系统控制的关键所在。采用消除直流侧二次谐波方法中，负序电流的存在使得网侧出现低次谐波，网侧电流不对称。如果对直流侧输出性能较高的场合，可以在输出侧接一个二倍频的滤波器，来滤除谐波对直流侧电压的影响。,30,陈述完毕谢谢各位老师、同学欢迎提出宝贵意见,
