微电网建模与控制基础 课件 第3章 三相DC-AC变流器的并网控制

L3.三相DC-AC变流器的

并网控制原理课程内容三相电流型变流器dq坐标下的建模三相电流型变流器的控制器结构课程内容三相电流型变流器dq坐标下的建模三相电流型变流器的控制器结构三相并网变流器的基本拓扑被控制量：并网电流ig滤波器：L滤波器/LCL滤波器直流中点M与三相中性点N：M与N相连：三相四线制M与N不相连：三相三线制电感滤波器的作用开关桥臂的输出电压vi(t)为脉冲电压，包含大量开关频率次的高频谐波电感滤波器可以抑制输出电流igabc中的高次谐波（尤其是开关频率谐波，但对电压无滤波作用）并网DC-AC变流器的建模：第一级开关桥臂从调制波信号到每相桥臂输出电压，可以等效成一个增益KPWM三相电路中每一相桥臂均可做相同等效并网DC-AC变流器的建模：第二级电感滤波器对于三相电路中的每一相电流ig，电感滤波器的微分方程满足单相电路中的电压电流微分关系：或者写成abc坐标系下矩阵的形式：并网DC-AC变流器的建模：第二级电感滤波器对于三相变流器，控制通常在dq坐标系下进行，因此需要在dq坐标系下建立等效模型。对abc坐标系下的电感微分方程作Park变换，等式两边同时左乘变换矩阵：并网DC-AC变流器的建模：第二级电感滤波器根据微分计算规则，进一步整理与时间t相关的微分项：可得：并网DC-AC变流器的建模：第二级电感滤波器在对park坐标变换矩阵求时间微分，得到：因此，电感滤波器在dq坐标系下的数学模型为：电感滤波器在dq坐标系下的时域等效电路根据电感滤波器的dq坐标系下数学模型：画出电感滤波器在d轴和q轴上的等效电路：dq轴的电流量通过受控电压源交叉耦合d轴等效电路q轴等效电路三相电感滤波器在dq坐标系下的s域等效框图dq轴电流形成交叉耦合项除耦合项外，dq坐标系下的s域框图均与abc坐标系下相同。q轴到d轴的耦合项符号为正（+）d轴到q轴的耦合项符号为负（–）课程内容三相电流型变流器dq坐标下的建模三相电流型变流器的控制器结构典型三相并网变流器闭环结构锁相环：获得电网电压合成矢量的相位θ电流控制器：根据给定和反馈产生连续调制波信号PWM：将连续调制波信号转变为离散开关信号dq坐标系下的电流控制结构PI控制器：对参考给定和实际输出电流ig误差进行补偿电网电压前馈：抵消电网电压对输出电流的影响dq轴电流解耦：抵消d轴和q轴电流之间的交叉耦合归一化：将桥臂输出电压vi转化为调制波信号vm（-1到1之间）三相电流型变流器的控制回路三相变流器解耦+前馈后的等效闭环控制框图：其中：控制器：PI控制器，用以补偿控制误差归一化：用以归一化调制信号，放在调制信号之后调制驱动：双极性PWM调制，输出桥臂的脉冲电压电感滤波器：抑制电流纹波控制中所实现的部分系统固有特性的数学建模仿真示例例如：Igrid,amp

=100AVgrid,rms

=220VVDC

=750Vfac

=50Hzfsw

=10kHzLf=2mHRf

为基波感抗的5%阶跃响应与动态性能对电流dq

分量的参考值在

t=0.06s给定一个负阶跃：id*从初始值100A变为50A电流dq分量的阶跃响应电流abc分量的阶跃响应dq轴电流能够快速跟踪给定信号，并且相互之间无明显耦合L3：三相DC-AC变流器的并网控制仿真理论回顾：变流器实际电路及控制结构锁相环：输出电网电压相位PWM：将调制信号转变为开关信号电流控制器：输出调制信号理论回顾：等效变流器+控制系统框图PI控制器：控制id和iq前馈解耦：消除dq轴之间的耦合电网电压前馈：消除电网电压的影响归一化：消除直流电压对调制的影响仿真实验：三相DC-AC变流器的并网控制仿真参数：直流电压源：±400V电网电压：220VRMS，50Hz三相三线制系统（如图）仿真时长：1s，变步长滤波电感：3.3mH开关频率：20kHz并网电流：初始30A幅值0.5s时，阶跃到60A幅值三相电流与电网电压同相PI控制器：Kp：20Ki：6505仿真实验：三相DC-AC变流器的并网控制任务：使用正弦交流电压源作为电网，在PLECS中搭建三相并网变流器的实际开关电路及其dq轴控制系统，观察并记录仿真结果。按要求设置一个电流