輸出恒壓恒頻交流電壓的雙PWM電力電子變壓器分析研究

作者:百方網 日期:2021-10-22 11:59:32 人氣: 欄目:電工入門
 電力電子變壓器又稱固態變壓器,是近年來隨著電力電子技術發展而引起人們關注的新型電網配電變壓裝置。電力電子變壓器的優點是供電電壓穩定性高、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電力系統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:將電網的交流變為直流、直流輸出電壓可控、網側單位功率因數運行等。對三相PWM整流電路可以采用電壓外環,電流內環的雙閉環控制方案,電壓外環是為了實現對輸出電壓的控制,電流內環是為了實現單位功率因數控制。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、電壓調節器均為PI調節器,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,就可以根據下表1找到對應相鄰合成向量占空比。

表1賦值表扇區N空間矢量的切換點見表2. 3電氣技it電壓保持較好的穩定性。

表2空間矢量的切換點4仿真實現及其結果分析根據本文中提出的控制方案進行了在Matlab6.5/Simulmk環境下的主要仿真參數如下: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。如根據本文中所述方法,可判斷出的扇區如下,其區間順序依次為4-6-2-3-1-5-4的循環方式,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處的電流發生了小的抖動,但發生此瞬態過后,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前后的電壓發生了較小幅度的上升,電壓幅值在0.1s后的瞬態時上升了約40V的暫態的不穩定的電壓,但在切換后持較好的穩定性;通過比較分析,可以看出在。1s后輸出電壓仍保持穩定的輸出電壓。

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的功率因數,用雙閉環的控制方法,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,在原邊的功率因數控制中得到了較好的使電網側的功率因數為1的效果。兩種不同的控制策略獲得了穩定的恒頻恒壓輸出。

5結論本文提出一種具有易于實現數字化的電力電子變壓器算法控制方案,用于要求輸出穩定且易于實現的負載側有不同的負載特性系統中。為了控制原邊電網側的功率因數,使功率因數為近接1,因此用解耦的電壓、電流雙閉環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瞬態前后變化小,且在切換后的輸出穩定、幅值變化較小、電壓恢復快等優點。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電網單位功率因數運行,而且輸出具有恒壓恒頻的交流電壓,具有抗負載擾動特性。


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