微電網(wǎng)建模與控制基礎(chǔ) 課件 第3章 三相DC-AC變流器的并網(wǎng)控制

L3.三相DC-AC變流器的

并網(wǎng)控制原理課程內(nèi)容三相電流型變流器dq坐標(biāo)下的建模三相電流型變流器的控制器結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容三相電流型變流器dq坐標(biāo)下的建模三相電流型變流器的控制器結(jié)構(gòu)三相并網(wǎng)變流器的基本拓?fù)浔豢刂屏浚翰⒕W(wǎng)電流ig濾波器：L濾波器/LCL濾波器直流中點(diǎn)M與三相中性點(diǎn)N：M與N相連：三相四線制M與N不相連：三相三線制電感濾波器的作用開關(guān)橋臂的輸出電壓vi(t)為脈沖電壓，包含大量開關(guān)頻率次的高頻諧波電感濾波器可以抑制輸出電流igabc中的高次諧波（尤其是開關(guān)頻率諧波，但對(duì)電壓無濾波作用）并網(wǎng)DC-AC變流器的建模：第一級(jí)開關(guān)橋臂從調(diào)制波信號(hào)到每相橋臂輸出電壓，可以等效成一個(gè)增益KPWM三相電路中每一相橋臂均可做相同等效并網(wǎng)DC-AC變流器的建模：第二級(jí)電感濾波器對(duì)于三相電路中的每一相電流ig，電感濾波器的微分方程滿足單相電路中的電壓電流微分關(guān)系：或者寫成abc坐標(biāo)系下矩陣的形式：并網(wǎng)DC-AC變流器的建模：第二級(jí)電感濾波器對(duì)于三相變流器，控制通常在dq坐標(biāo)系下進(jìn)行，因此需要在dq坐標(biāo)系下建立等效模型。對(duì)abc坐標(biāo)系下的電感微分方程作Park變換，等式兩邊同時(shí)左乘變換矩陣：并網(wǎng)DC-AC變流器的建模：第二級(jí)電感濾波器根據(jù)微分計(jì)算規(guī)則，進(jìn)一步整理與時(shí)間t相關(guān)的微分項(xiàng)：可得：并網(wǎng)DC-AC變流器的建模：第二級(jí)電感濾波器在對(duì)park坐標(biāo)變換矩陣求時(shí)間微分，得到：因此，電感濾波器在dq坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型為：電感濾波器在dq坐標(biāo)系下的時(shí)域等效電路根據(jù)電感濾波器的dq坐標(biāo)系下數(shù)學(xué)模型：畫出電感濾波器在d軸和q軸上的等效電路：dq軸的電流量通過受控電壓源交叉耦合d軸等效電路q軸等效電路三相電感濾波器在dq坐標(biāo)系下的s域等效框圖dq軸電流形成交叉耦合項(xiàng)除耦合項(xiàng)外，dq坐標(biāo)系下的s域框圖均與abc坐標(biāo)系下相同。q軸到d軸的耦合項(xiàng)符號(hào)為正（+）d軸到q軸的耦合項(xiàng)符號(hào)為負(fù)（–）課程內(nèi)容三相電流型變流器dq坐標(biāo)下的建模三相電流型變流器的控制器結(jié)構(gòu)典型三相并網(wǎng)變流器閉環(huán)結(jié)構(gòu)鎖相環(huán)：獲得電網(wǎng)電壓合成矢量的相位θ電流控制器：根據(jù)給定和反饋產(chǎn)生連續(xù)調(diào)制波信號(hào)PWM：將連續(xù)調(diào)制波信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡x散開關(guān)信號(hào)dq坐標(biāo)系下的電流控制結(jié)構(gòu)PI控制器：對(duì)參考給定和實(shí)際輸出電流ig誤差進(jìn)行補(bǔ)償電網(wǎng)電壓前饋：抵消電網(wǎng)電壓對(duì)輸出電流的影響dq軸電流解耦：抵消d軸和q軸電流之間的交叉耦合歸一化：將橋臂輸出電壓vi轉(zhuǎn)化為調(diào)制波信號(hào)vm（-1到1之間）三相電流型變流器的控制回路三相變流器解耦+前饋后的等效閉環(huán)控制框圖：其中：控制器：PI控制器，用以補(bǔ)償控制誤差歸一化：用以歸一化調(diào)制信號(hào)，放在調(diào)制信號(hào)之后調(diào)制驅(qū)動(dòng)：雙極性PWM調(diào)制，輸出橋臂的脈沖電壓電感濾波器：抑制電流紋波控制中所實(shí)現(xiàn)的部分系統(tǒng)固有特性的數(shù)學(xué)建模仿真示例例如：Igrid,amp

=100AVgrid,rms

=220VVDC

=750Vfac

=50Hzfsw

=10kHzLf=2mHRf

為基波感抗的5%階躍響應(yīng)與動(dòng)態(tài)性能對(duì)電流dq

分量的參考值在

t=0.06s給定一個(gè)負(fù)階躍：id*從初始值100A變?yōu)?0A電流dq分量的階躍響應(yīng)電流abc分量的階躍響應(yīng)dq軸電流能夠快速跟蹤給定信號(hào)，并且相互之間無明顯耦合L3：三相DC-AC變流器的并網(wǎng)控制仿真理論回顧：變流器實(shí)際電路及控制結(jié)構(gòu)鎖相環(huán)：輸出電網(wǎng)電壓相位PWM：將調(diào)制信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殚_關(guān)信號(hào)電流控制器：輸出調(diào)制信號(hào)理論回顧：等效變流器+控制系統(tǒng)框圖PI控制器：控制id和iq前饋解耦：消除dq軸之間的耦合電網(wǎng)電壓前饋：消除電網(wǎng)電壓的影響歸一化：消除直流電壓對(duì)調(diào)制的影響仿真實(shí)驗(yàn)：三相DC-AC變流器的并網(wǎng)控制仿真參數(shù)：直流電壓源：±400V電網(wǎng)電壓：220VRMS，50Hz三相三線制系統(tǒng)（如圖）仿真時(shí)長：1s，變步長濾波電感：3.3mH開關(guān)頻率：20kHz并網(wǎng)電流：初始30A幅值0.5s時(shí)，階躍到60A幅值三相電流與電網(wǎng)電壓同相PI控制器：Kp：20Ki：6505仿真實(shí)驗(yàn)：三相DC-AC變流器的并網(wǎng)控制任務(wù)：使用正弦交流電壓源作為電網(wǎng)，在PLECS中搭建三相并網(wǎng)變流器的實(shí)際開關(guān)電路及其dq軸控制系統(tǒng)，觀察并記錄仿真結(jié)果。按要求設(shè)置一個(gè)電流