。1092· 北京科技大学学报 2006年第11期 2Se-Sa-Sb 划分扇区，得到扇区信号.p和g与给定的 3 Pr和qm比较后的差值信号送入功率滞环比较器 为便于系统分析，将PWM整流器在三相对 得到Sp,Sg开关信号；pr由直流电压外环PI调 称坐标系中的数学模型变换到dg两相同步旋转 节器的输出（代表电流）与直流电压的乘积设定， 坐标系，正交变换矩阵为： q设定为0，以实现单位功率因数.根据Sp,Sg, T3s2r= 0n在开关表中选择所需的Sa,S,Sc,去驱动主电 sinot sin wt- 3 sin 路开关管.图2中略去了电阻R. 2 cos ot cos 的 3 1V2 1W2 l/W2 式中，ω为电源电压角频率 s.sst 电压电流功率 经T3w2,变换，得到整流器在dg两相同步旋 测量功率 开关表 转坐标系中的数学模型： 计算 did L dt =ud-Rid+Lig urd 选择 ⑧ L4=g一Rig-wLia-ug (2) +9n=0 d0=(aS十iS,)- 图2PWM整流器DPC系统结构 dt RL Fig.2 Block diagram of the PWM rectifier DPC system 式中，ud=SaUd,lrg=SqUder:ud,rg与Sd,Sq 分别为整流器输入电压矢量、开关函数在d,9轴 上的分量；ug与id,ig为交流电源电压矢量、 2 电压型PWMM整流器DPC系统 与电流矢量在d,q轴上的分量 主电路参数设计 根据式(2)及三相对称系统功率计算p= 在主电路拓扑结构、交流电源电压及负载一 3/2 Umid,=-J3/2Umig(Um为电源相电压 定的情况下，主电路设计主要是确定网侧滤波电 幅值)可得以P,q为变量的功率控制数学模型： 感值、直流侧电压和直流侧电容值. L =1.5U-Rp-o.g-pw 21交流侧电感的选择 (3) 交流电感的主要作用是滤除交流侧PWM谐 L gq--Rg+wLp+qo 波电流，当在整流器稳定于单位功率因数运行时， 瞬时有功功率决定了交流电流.对此，需找出功 式中，p=2 率与电感的关系. L2电压型PWM整流器DPC系统结构及原理 根据式(2)，略去了电阻R,考虑到整流器稳 电压型PWM整流器DPC系统有多种方 态运行单位功率因数时，q=0,式(3)可变为： 案%，经综合比较心山采用有电压互感器方案 LP-15U2- 如图2所示.整流器DPC系统主要由主电路和 dt mUdSa N2 (4) 控制电路组成.主电路由交流电源、滤波电抗器、 整流器、直流电解电容器、负载组成：控制电路为 Ld=lp叶2 dt U.UxSa 直流电压外环功率内环结构，由交流电压、电流检 根据Sar=J2/3,Sdmin=一J2/3,Sgmx= 测电路和直流电压检测电路、功率估算器、扇形划 J2/3和Sgmin-=一2/3.由式(4)可得： 分器、功率滞环比较器、开关表及PI调节器组成. 瞬时有功与无功功率根据检测到的电流ia,ih,i L dg dfm=15 UmUde 及ua,h,山e进行计算，得到瞬时有功和无功功率 (5) 的估算值p,q及三相电压wa,h,uc在邱两相 L 1.sUi-U.Ux 静北坐标系中的a:扇形制分器根据，：鼎Publishing House,.ll righs reserved.. http://www.cnki.ne2Sc -S a -Sb 3 . 为便于系统分析 ,将 PWM 整流器在三相对 称坐标系中的数学模型变换到 dq 两相同步旋转 坐标系,正交变换矩阵为 : T 3s/2r = 2 3 sin ωt sin ωt -2π 3 sin ωt +2π 3 cos ωt cos ωt - 2π 3 cos ωt + 2π 3 1/ 2 1/ 2 1/ 2 . 式中 , ω为电源电压角频率. 经 T3s/ 2r变换 ,得到整流器在 dq 两相同步旋 转坐标系中的数学模型: L di d dt =ud -R id +ωLiq -u rd L diq d t =uq -R iq -ωLi d -u rq C dUdc d t =(idSd +iqS q)- Udc R L (2) 式中 , u rd =SdUdc , urq =S qUdc ;urd , urq与S d , Sq 分别为整流器输入电压矢量、开关函数在 d , q 轴 上的分量;ud , uq 与 id , iq 为交流电源电压矢量、 与电流矢量在 d , q 轴上的分量 . 根据式(2)及三相对称系统功率计算 p = 3/2Um i d , q =- 3/2 Um iq(Um 为电源相电压 幅值)可得以 p , q 为变量的功率控制数学模型 : L dp dt =1.5U 2 m -Rp -ωLq -p rd L dq d t =-Rq +ωLp +qrq (3) 式中 , prd = 3 2 Um u rd , qrq = 3 2 Um u rq . 1.2 电压型 PWM 整流器 DPC 系统结构及原理 电压型 PWM 整流器 DPC 系统有多种方 案[ 9] ,经综合比较[ 10-11] 采用有电压互感器方案, 如图 2 所示.整流器 DPC 系统主要由主电路和 控制电路组成 .主电路由交流电源、滤波电抗器、 整流器、直流电解电容器、负载组成;控制电路为 直流电压外环功率内环结构, 由交流电压、电流检 测电路和直流电压检测电路、功率估算器、扇形划 分器 、功率滞环比较器、开关表及 PI 调节器组成. 瞬时有功与无功功率根据检测到的电流 ia , ib , ic 及ua , ub , uc 进行计算 ,得到瞬时有功和无功功率 的估算值 p , q 及三相电压 ua , ub , uc 在 αβ 两相 静止坐标系中的 uα, uβ , 扇形划分器根据 uα, uβ 划分扇区 , 得到扇区 θn 信号.p 和 q 与给定的 pref和 qref比较后的差值信号送入功率滞环比较器 得到 Sp , S q 开关信号;pref由直流电压外环 PI 调 节器的输出(代表电流)与直流电压的乘积设定, qref设定为 0 , 以实现单位功率因数.根据 Sp , Sq , θn 在开关表中选择所需的Sa , Sb , Sc ,去驱动主电 路开关管 .图 2 中略去了电阻 R . 图 2 PWM 整流器DPC 系统结构 Fig.2 Block diagram of the PWM rectifier DPC system 2 电压型 PWM 整流器 DPC 系统 主电路参数设计 在主电路拓扑结构 、交流电源电压及负载一 定的情况下 ,主电路设计主要是确定网侧滤波电 感值 、直流侧电压和直流侧电容值 . 2.1 交流侧电感的选择 交流电感的主要作用是滤除交流侧 PWM 谐 波电流,当在整流器稳定于单位功率因数运行时, 瞬时有功功率决定了交流电流.对此 , 需找出功 率与电感的关系. 根据式(2),略去了电阻 R , 考虑到整流器稳 态运行单位功率因数时, q =0 ,式(3)可变为 : L d p d t =1.5 U 2 m - 3 2 Um Udc Sd L dq dt =ωLp + 3 2 Um Udc Sq (4) 根据 Sd max = 2/3 , S dmin = - 2/3 , S qmax = 2/3和 S qmin=- 2/3 ,由式(4)可得: L dq d t max =1.5U 2 m +UmUdc L dp dt min =1.5U 2 m -Um Udc (5) · 1092 · 北 京 科 技 大 学 学 报 2006 年第 11 期