輸出恒壓恒頻交流電壓的雙PWM電力電子變壓器分析研究
發(fā)布時間:2019-07-12 11:30:38來源:
電力電子變壓器又稱固態(tài)變壓器,是近年來隨著電力電子技術發(fā)展而引起人們關注的新型電網(wǎng)配電變壓裝置。電力電子變壓器的優(yōu)點是供電電壓穩(wěn)定性高、供電質量得到保證、工作損耗低、體積小、重量輕等。雖然目前電力電子變壓器的效率比傳統(tǒng)的工頻變壓器低,成本也較高,但可以預計電力電子變壓器在今后35年內將成為輸配電網(wǎng)的關鍵設備,并將廣泛應用于交流柔性輸電和高壓直流輸電中,成為電力電子技術更新傳統(tǒng)電力系統(tǒng)設備的一個新的標志。
研究電力電子變壓器的初衷是為了降低傳統(tǒng)變壓器的體積和重量。變壓器的體積和重量與它的運行頻率成反比,借助于電力電子技術提高其變換頻率,就可減小體積和重量。美國海軍于20世紀70年代末至80年代初進行了研究工作,并取得了一定效果,美國電科院進行了相關PET的研究。以上兩個項目研究,試驗樣機不能很好地抑制輸入的諧波電流,而且變壓器輸入和輸出是不隔離的。20世紀90年代末,美國密蘇里大學完成PET的10kVA,7200V/240V的)。
原邊高壓級電壓控制方案其中三相PWM整流電路的控制方法如下⑴,-,對PWM整流器的要求是:將電網(wǎng)的交流變?yōu)橹绷?、直流輸出電壓可控、網(wǎng)側單位功率因數(shù)運行等。對三相PWM整流電路可以采用電壓外環(huán),電流內環(huán)的雙閉環(huán)控制方案,電壓外環(huán)是為了實現(xiàn)對輸出電壓的控制,電流內環(huán)是為了實現(xiàn)單位功率因數(shù)控制。輸入電流滿足下式(1):另d、q軸電流除受控制量sdUdc、sqUdc的影響外,還受耦合電壓Liq、-Liq和電網(wǎng)電壓ed、6.的影響,所以單純地對dq軸電流作負反饋并沒有解除dq軸之間的電流耦合,效果不是很理想,為此設計一個解耦控制器,令整流電路交流側電壓fMc的d,q分量Md,為該控制器的輸出,且電流、電壓調節(jié)器均為PI調節(jié)器,且滿足:分析、的關系,如>0,則4=1,否則A=0;如果;-%>0,則5如所示,設定d、9軸的電壓分量選取區(qū)間/內的一考矢量將式(8)代入式(6)得如下表達式可推出:可歸納為如下表達式:計算空間電壓比較器的切換點,定義如下表達式知道電壓所在的扇區(qū),就可以根據(jù)下表1找到對應相鄰合成向量占空比。
表1賦值表扇區(qū)N空間矢量的切換點見表2. 3電氣技it電壓保持較好的穩(wěn)定性。
表2空間矢量的切換點4仿真實現(xiàn)及其結果分析根據(jù)本文中提出的控制方案進行了在Matlab6.5/Simulmk環(huán)境下的主要仿真參數(shù)如下:電源側三相輸入電壓為1V、輸入端電感為1.3e-3mH、原邊高壓級直流電容為2000e-6、高頻變壓器變比為30:9、二次側低壓級直流電容為5000e-6、二次側濾波電容是4700e-6、二次側濾波電感為2.15e-3、原邊高壓級開關頻率為9000、二次側低壓級開關頻率為10000、輸出電壓工作頻率為50Hz.是原邊電源側的功率因數(shù)為1的輸出的電壓電流波形圖,可以看出電壓電流波形之間的相位差接近于0,說明此時電源在向負載側輸出有功功率。如根據(jù)本文中所述方法,可判斷出的扇區(qū)如下,其區(qū)間順序依次為4-6-2-3-1-5-4的循環(huán)方式,符合原理分析的控制算法的矢量合成方向:從4(100)、是原邊都采用SPWM控制整流側的方法,其中是副邊采用SVPWM控制逆變的方法,其中(b)是在0.1s切換處的放大圖,輸出電壓、電流波形在0.1s動態(tài)切換前后的沒有變化。通過局部放大的波形圖可以清楚看到,在0.1s處的電流發(fā)生了小的抖動,但發(fā)生此瞬態(tài)過后,輸出的副邊逆變采用SVPWM控制方法的仿真波形圖是副邊采用SPWM控制逆變的方法,在0.1s處當負載由感性切換成容性時,輸出電壓電流波形在此動態(tài)切換前后的沒有較明顯變化。通過局部放大的波形(b)可以清楚看到,在0.1s前后的電壓發(fā)生了較小幅度的上升,電壓幅值在0.1s后的瞬態(tài)時上升了約40V的暫態(tài)的不穩(wěn)定的電壓,但在切換后持較好的穩(wěn)定性;通過比較分析,可以看出在。1s后輸出電壓仍保持穩(wěn)定的輸出電壓。
副邊逆變采用SPWM控制方法的仿真波形圖由分析比較:在AC-DC-AC型電力電子變壓器中,在原邊采用為控制電網(wǎng)的功率因數(shù),用雙閉環(huán)的控制方法,在副邊對負載側的輸出采用不同的兩種控制方案,兩者都具有較穩(wěn)定的輸出特性,其中SVPWM算法控制的輸出在切換側具有電壓穩(wěn)定性。負載側的SPWM和SVPWM的控制算法在電力電子變壓器的應用取得了較好的效果,在原邊的功率因數(shù)控制中得到了較好的使電網(wǎng)側的功率因數(shù)為1的效果。兩種不同的控制策略獲得了穩(wěn)定的恒頻恒壓輸出。
5結論本文提出一種具有易于實現(xiàn)數(shù)字化的電力電子變壓器算法控制方案,用于要求輸出穩(wěn)定且易于實現(xiàn)的負載側有不同的負載特性系統(tǒng)中。為了控制原邊電網(wǎng)側的功率因數(shù),使功率因數(shù)為近接1,因此用解耦的電壓、電流雙閉環(huán)的控制方法對原邊整流電路進行控制;當負載由容性負載向感性負載切換時,副邊二次側逆變器用SVPWM算法控制,在0.1s瞬態(tài)前后變化小,且在切換后的輸出穩(wěn)定、幅值變化較小、電壓恢復快等優(yōu)點。本文對原、副邊基于雙PWM變換的電力電子變壓器的控制方案進行仿真,結果表明,這種結構的電力電子變壓器不僅能實現(xiàn)電網(wǎng)單位功率因數(shù)運行,而且輸出具有恒壓恒頻的交流電壓,具有抗負載擾動特性。