基于能量流動(dòng)雙PWM協(xié)調(diào)控制

丁博文，范 波,2，廖志明，郭 寧，張煒煒

(1.河南科技大學(xué) 信息工程學(xué)院，河南 洛陽 471023； 2.中信重工機(jī)械股份有限公司，河南 洛陽 471039；3.洛陽卡瑞起重設(shè)備有限公司，河南 洛陽 471023)

基于能量流動(dòng)雙PWM協(xié)調(diào)控制

丁博文1，范 波1,2，廖志明3，郭 寧1，張煒煒1

(1.河南科技大學(xué) 信息工程學(xué)院，河南 洛陽 471023； 2.中信重工機(jī)械股份有限公司，河南 洛陽 471039；3.洛陽卡瑞起重設(shè)備有限公司，河南 洛陽 471023)

基于雙PWM結(jié)構(gòu)，根據(jù)系統(tǒng)能量流動(dòng)分析系統(tǒng)在能量平衡狀態(tài)和能量不平衡狀態(tài)下系統(tǒng)各部分間的能量關(guān)系，并建立雙PWM結(jié)構(gòu)能量數(shù)學(xué)模型；針對系統(tǒng)輸出能量與消耗能量不平衡時(shí)造成的直流母線電壓波動(dòng)以及輸出功率不匹配的問題，建立關(guān)于直流母線電壓以及網(wǎng)側(cè)電流d軸分量的約束條件，保證系統(tǒng)能量能夠平滑變化；采用約束條件對整流器電壓外環(huán)以及功率內(nèi)環(huán)進(jìn)行修正，用以實(shí)現(xiàn)整流側(cè)輸出能量與逆變側(cè)消耗能量的快速平衡，達(dá)到雙PWM結(jié)構(gòu)間協(xié)調(diào)控制的目的；根據(jù)仿真結(jié)果表明，系統(tǒng)在電機(jī)功率突變時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)能量的快速平衡，并且能夠減少直流母線電壓波動(dòng)，減少網(wǎng)側(cè)諧波分量和直流側(cè)電容。

能量流動(dòng)；約束條件；能量平衡；協(xié)調(diào)控制

0 引言

隨機(jī)新能源技術(shù)和交流變頻技術(shù)的發(fā)展，雙PWM變換結(jié)構(gòu)在整流側(cè)與逆變側(cè)的電路相似，采用適合的控制策略能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)高功率因數(shù)輸出，以及直流電壓可調(diào)，抑制網(wǎng)側(cè)諧波等，所以越來越被國內(nèi)外專家學(xué)者關(guān)注，尤其在新能源領(lǐng)域和交直交變頻技術(shù)領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用[1]。

雙PWM變換結(jié)構(gòu)可分為整流側(cè)和逆變側(cè)，對于整流側(cè)控制方法許多種。大致可分為：直接功率控制(Direct Power Control，DPC)，直接電流控制(Direct Current Control，DCC)和模型預(yù)測控制(model predictive control，MPC)等[2]。直接功率控制采用的是PWM整流器d-q坐標(biāo)系下功率數(shù)學(xué)模型，并且由于該控制方法具有結(jié)構(gòu)簡單，響應(yīng)速度快，固定開關(guān)頻率等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于整流側(cè),文獻(xiàn)[2]采用直接功率控制，在功率內(nèi)環(huán)采用PI控制器控制，控制無功功率為0。而直接電流控制與直接功率控制不同之處在于系統(tǒng)內(nèi)環(huán)為電流內(nèi)環(huán)直接控制系統(tǒng)的有功電流于無功電流。直接電流控制也具有響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)，但結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，在應(yīng)對負(fù)載功率突變時(shí)有一定的局限性[4]。文獻(xiàn)[5]采用模型預(yù)測控制與直接功率控制和直接電流控制不同之處在于系統(tǒng)內(nèi)環(huán)采用模型預(yù)測算法替代了PI控制器，雖然模型預(yù)測算法簡化了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，降低了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度，但是往往存在一定的靜差難以消除，并且對系統(tǒng)各部分參數(shù)較為敏感。為了體現(xiàn)系統(tǒng)的各部分之間的能量關(guān)系并且綜合各個(gè)控制方法的優(yōu)缺點(diǎn)，所以本文整流側(cè)采用直接功率控制。

而對于雙PWM控制方法也有許多種，如：獨(dú)立控制策略，主從控制策略等。獨(dú)立控制策略就是將整流器與逆變器視為對立結(jié)構(gòu)獨(dú)立控制。這種控制方法較為簡單，設(shè)計(jì)難度較小但是魯棒性不強(qiáng)。而主從控制策略，就是將逆變器作為主要控制部分而把整流器視為從屬部分，根據(jù)逆變器輸出信息來控制整流器。負(fù)載功率前饋就是一種典型的主從控制策略，文獻(xiàn)[6]使用負(fù)載功率前饋，將負(fù)載功率前饋至整流側(cè)，實(shí)現(xiàn)整流器輸出功率的提前調(diào)節(jié)。而文獻(xiàn)[8]采用控制電容電流的方法實(shí)現(xiàn)電容在負(fù)載功率突變時(shí)刻消耗的功率接近于0，達(dá)到抑制直流母線電壓波動(dòng)的目的，但是本質(zhì)上仍舊是主從控制。

雖然對雙PWM結(jié)構(gòu)的控制方法有許多種，但是其本質(zhì)都是基于電流數(shù)學(xué)模型或者是基于功率數(shù)學(xué)模型，并沒有從能量的角度分析雙PWM變換結(jié)構(gòu)。雙PWM變換結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)之一就是能夠?qū)崿F(xiàn)能量的雙向流動(dòng)，從能量角度更能夠說明引起系統(tǒng)輸出輸入功率不平衡的原因，從而加以控制。文獻(xiàn)[9]雖然給出來了系統(tǒng)各部分之間的功率關(guān)系，但是并沒有說明系統(tǒng)各部分能量間的關(guān)系。

因此本文整流側(cè)采用直接功率控制，而對于整個(gè)雙PWM變換結(jié)構(gòu)，推倒其各部分之間的能量關(guān)系，建立系統(tǒng)能量數(shù)學(xué)模型。根據(jù)數(shù)學(xué)模型設(shè)定約束條件對整流器功率內(nèi)環(huán)，和電壓外環(huán)進(jìn)行矯正，保證整流側(cè)與逆變側(cè)的協(xié)調(diào)控制。最后通過搭建仿真模型進(jìn)行試驗(yàn)來對其有效性進(jìn)行驗(yàn)證。

1 d-q旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下雙PWM結(jié)構(gòu)功率數(shù)學(xué)模型分析

1.1 d-q坐標(biāo)系下PWM整流器功率數(shù)學(xué)模型分析

PWM整流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 三相電壓型PWM整流器主電路

圖1中，ea、eb、ec為網(wǎng)側(cè)電動(dòng)勢，Lg為網(wǎng)側(cè)濾波電感，R為網(wǎng)側(cè)電阻，Cdc為直流側(cè)電容，Sx為功率開關(guān)器件開關(guān)信號，Va、Vb、Vc為PWM整流器輸入電壓。

設(shè)網(wǎng)側(cè)電動(dòng)勢為es，則在兩相α-β靜止坐標(biāo)系下，可得eα=escosωt、eβ=essinωt。若α-β靜止坐標(biāo)系以同步角頻率ω旋轉(zhuǎn)，則成為d-q旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，令電源電動(dòng)勢與d軸重合并結(jié)合瞬時(shí)功率理論可得d-q旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下瞬時(shí)功率表達(dá)式為：

p=edid

(1)

q=-ediq

(2)

由文獻(xiàn)[10]結(jié)合式(1)、(2)可得d-q旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下PWM整流器功率數(shù)學(xué)模型。

(3)

(4)

(5)

式中,p，q為PWM整流器輸出的有功功率與無功功率，ω為電源旋轉(zhuǎn)角頻率，ed，eq為電源電動(dòng)勢d-q軸上的分量，vd，vq為PWM整流器在d-q軸上的輸入電壓分量，pdc為直流側(cè)功率，pload為負(fù)載功率。

1.2 m-t坐標(biāo)軸下三相異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型

對電機(jī)控制的方法有許多種，比如：直接轉(zhuǎn)矩控制、轉(zhuǎn)子磁鏈定向控制等。本文采用了按照轉(zhuǎn)子磁鏈定向的控制方法，轉(zhuǎn)子磁鏈定向控制方法是將逆變器與三相異步電機(jī)視為一體，采用矢量控制，將轉(zhuǎn)子磁鏈與d-q旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)d軸重成為新的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，可稱為m-t軸坐標(biāo)系，該坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)速度為定子磁鏈的同步角頻率ω1。由文獻(xiàn)[12]可得m-t坐標(biāo)系下的三相異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型。

m-t坐標(biāo)系下三相異步電機(jī)電壓方程：

(6)

m-t坐標(biāo)系下三相異步電機(jī)磁鏈方程為：

(7)

m-t坐標(biāo)系下三相異步電機(jī)轉(zhuǎn)矩方程為：

Te=npLm(istirm-ismirt)

(8)

m-t坐標(biāo)系下三相異步電機(jī)運(yùn)動(dòng)方程：

(9)

根據(jù)三相異步電機(jī)數(shù)學(xué)模型設(shè)計(jì)三相異步電機(jī)按照轉(zhuǎn)子磁鏈定向控制結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

圖2 三相異步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈定向控制結(jié)構(gòu)圖

圖中，AψR為轉(zhuǎn)子磁鏈控制器，ASR為轉(zhuǎn)速控制器，ACMR為磁場電流控制器，ACTR為轉(zhuǎn)矩電流控制器，F(xiàn)BS為轉(zhuǎn)速傳感器。根據(jù)控制結(jié)構(gòu)圖可知，通過控制勵(lì)磁電流ism和轉(zhuǎn)矩電流ist就能夠?qū)崿F(xiàn)對電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子磁鏈的控制。根據(jù)前文所述的PWM整流器功率數(shù)學(xué)模型，負(fù)載功率Pload=udciload。本文采用轉(zhuǎn)子磁鏈定向的方法控制電機(jī)，負(fù)載電流iload在m-t旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下被分解為勵(lì)磁電流ism和轉(zhuǎn)矩電流ist。所以可以假設(shè)負(fù)載電流iload在空間上也是以同步角頻率旋轉(zhuǎn)，如圖3所示。

圖3 m-t坐標(biāo)系下負(fù)載電流

故針對系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)子磁鏈定向方法時(shí)，負(fù)載電流可表示為：

(10)

2 雙PWM控制結(jié)構(gòu)能量數(shù)學(xué)模型分析

2.1 雙PWM控制結(jié)構(gòu)能量數(shù)學(xué)模型

雙PWM控制結(jié)構(gòu)中的能量可分為4個(gè)部分，分別為：網(wǎng)側(cè)濾波電感中儲(chǔ)存的能量、網(wǎng)側(cè)電阻的耗能、直流側(cè)電容存儲(chǔ)的能量以及負(fù)載側(cè)電機(jī)的耗能。故根據(jù)能量平衡原理可得：

P=PL+PR+PC+PM

(11)

P為網(wǎng)側(cè)輸出的總功率，PR為網(wǎng)側(cè)電阻功率，PL為網(wǎng)側(cè)濾波電感功率，PC為直流側(cè)電容功率，PM為負(fù)載電機(jī)消耗的功率。PWM整流器采用直接功率控制，使系統(tǒng)的無功功率為0。在d-q旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下，無功電流iq為0。所以電網(wǎng)輸出電流在d-q旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下為id。網(wǎng)側(cè)濾波電感功率為：

(12)

將式(12)一階倒數(shù)離散化為：

(13)

式(13)中，Ts為系統(tǒng)采樣周期。故可用式(13)表示一個(gè)采樣周期能量變化。對于n個(gè)采樣周期電感能量可表示為：

(14)

(15)

直流側(cè)電容功率為：

(16)

同理將式(16)一階倒數(shù)離散化并求n個(gè)系統(tǒng)采樣周期電容能量為：

(17)

網(wǎng)側(cè)電阻功率為：

(18)

對式(18)積分，積分上限為t+nTs，求得n個(gè)系統(tǒng)采樣周期，網(wǎng)側(cè)電阻的耗量。

(19)

負(fù)載三相異步電機(jī)功率為：

Pload=udciload

(20)

同理可得n個(gè)系統(tǒng)采樣周期，異步電機(jī)耗能為：

(21)

電網(wǎng)輸出功率為P，那么同理可得n個(gè)系統(tǒng)采樣周期電網(wǎng)輸出的能量為：

(22)

那么根據(jù)上文分析，可得系統(tǒng)從t時(shí)刻至t+nTs的能量變化為：

ΔE=E(t+nTs)-E(t)=EL+ER+EC+Eload

(23)

(24)

即網(wǎng)側(cè)輸出的能量全部被網(wǎng)側(cè)電阻和負(fù)載電機(jī)吸收，符合能量平衡原理。

2.2 雙PWM控制結(jié)構(gòu)能量失衡控制原理分析

根據(jù)式(24)可知系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，系統(tǒng)能量的輸入與輸出之間的關(guān)系。這種關(guān)系能夠適用于系統(tǒng)大部分時(shí)間。但對于交-直-交變頻調(diào)速控制系統(tǒng)而言，交流電機(jī)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)剎車制動(dòng)，轉(zhuǎn)速突變，轉(zhuǎn)矩突變等情況，而在這鐘情況下，系統(tǒng)就不再是穩(wěn)態(tài)，系統(tǒng)需要一定的時(shí)間進(jìn)行調(diào)節(jié)恢復(fù)至穩(wěn)態(tài)。所以分析系統(tǒng)從變化時(shí)刻至恢復(fù)至穩(wěn)定時(shí)刻的各部分之間的能量關(guān)系是很有必要的。

假設(shè)t時(shí)刻由于負(fù)載電機(jī)功率突變導(dǎo)致系統(tǒng)處于能量不平衡狀態(tài)，系統(tǒng)經(jīng)過nTs的時(shí)間恢復(fù)至穩(wěn)態(tài)。根據(jù)前文所述得到系統(tǒng)不平衡狀態(tài)的數(shù)學(xué)關(guān)系式為：

(id*-id)edTs=Lg(id*2-id2) +Cdc(udc*2-udc2) +

RTs(id*2+id2) +Ts(udc*iload*+udciload)

(25)

整理式(25)可得：

(2)合同主義的立法，即需征得生母的同意之立法。在英國，依據(jù)1989年《兒童法》，任意認(rèn)領(lǐng)的生效要件是:夫妻雙方達(dá)成協(xié)議;協(xié)議必須“采用規(guī)定的形式”(in the prescribed form);向法院登記?！胺ㄔ旱墓δ苁切姓缘模撬痉ㄐ缘?法院在登記時(shí)并不調(diào)查兒童的福利。”?在德國，“承認(rèn)自己為父的男子，須按照規(guī)定的形式作出單方的、無需受領(lǐng)的意思表示。承認(rèn)父的身份必須獲得母的同意(《德國民法典》第1595條第1款)。”?另一方面，根據(jù)“承認(rèn)”而“被認(rèn)定為父的男子，有可能并非子女的生父。為了矯正這種偏差，法律允許通過法院裁判撤銷父的身份”?。

Cdcudc2-Tsudciload-Cdcudc*2-Tsudc*iload*=

(RTs-Lg)id2+idedTs-id*edTs+Lgid*2+RTsid*2

(26)

f(udc) =Cdcudc2-Tsudciload-Cdcudc*2-Tsudc*iload*

(27)

Cdc為正值，且存在實(shí)根。故該函數(shù)存在極小值，即當(dāng)直流母線電壓滿足：

(28)

在這個(gè)約束條件下，逆變側(cè)能量變化率最小，同樣整流側(cè)的能量變化率也是最小。

將該約束條件式(28)代入式(26)可得：

(29)

(30)

(31)

(32)

根據(jù)式(28)、(32)可知，系統(tǒng)直流母線電壓與網(wǎng)側(cè)電流d軸分量與負(fù)載電流有直接關(guān)系。并且可根據(jù)該約束條件對整流器電壓外環(huán)和功率內(nèi)環(huán)進(jìn)行修正。實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)能量平滑調(diào)節(jié)的目的。

3 仿真分析

在上述理論研究的基礎(chǔ)上，在Simulink仿真平臺(tái)上搭建雙PWM仿真模型。仿真參數(shù)：整流器相電壓有效值220 V，網(wǎng)側(cè)電感Lg=15 mH，直流側(cè)電容Cdc=8 000 uF，直流母線電壓指令值udc*=700 V，采樣頻率f=5 000 Hz。逆變器輸出頻率50 Hz。三相異步電動(dòng)機(jī)容量5 000 VA，，采樣頻率帆f1=5 000 Hz，轉(zhuǎn)子電感Lr=0.002 H，轉(zhuǎn)子電阻Rr=0.816 Ω，定子電感Ls=0.002 H，定子電阻Rs=0.435 Ω，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速指令值800 rad/s，磁鏈指令值1。

由于雙PWM控制結(jié)構(gòu)可以分為整流側(cè)和逆變側(cè)兩部分，為了驗(yàn)證仿真的準(zhǔn)確性，所以首先用電阻替代逆變側(cè)的電機(jī)和逆變器驗(yàn)證在約束條件下，對PWM整流器功率內(nèi)環(huán)和電壓外環(huán)的修正的有效性。然后將電阻替換成為逆變器和電機(jī)構(gòu)成雙PWM結(jié)構(gòu)經(jīng)行仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證系統(tǒng)整體性能。

對比分析PWM整流器采用直接功率控制時(shí)，采用約束條件的系統(tǒng)與不采用約束條件的系統(tǒng)在負(fù)載功率變化時(shí)的性能。PWM整流器控制結(jié)構(gòu)分為功率內(nèi)環(huán)和電壓外環(huán)。所以可以在功率內(nèi)環(huán)有功功率控制環(huán)節(jié)進(jìn)行修正以及在電壓外環(huán)對電壓經(jīng)行修正。負(fù)載為400Ω電阻，在0.2 s時(shí)，負(fù)載突變?yōu)?00 Ω。如圖4所示。

圖4 負(fù)載功率突變直流母線電壓波形圖

圖4(a)為電壓外環(huán)采用PI控制器并且并未采用約束條件的控制系統(tǒng)，0.2 s時(shí)負(fù)載功率突變，直流母線電壓壓降約為0.3 V，但直流母線電壓存在靜差難以調(diào)節(jié)。圖4(b)為采用約束條件對電壓外環(huán)和功率內(nèi)環(huán)進(jìn)行修正，在0.2 s時(shí)負(fù)載功率突變，直流母線電壓壓降幾乎可以忽略不計(jì)，并且不存在靜差，系統(tǒng)能夠快速回到穩(wěn)態(tài)。

電網(wǎng)側(cè)諧波分量以及功率因數(shù)同樣是衡量系統(tǒng)性能的一個(gè)重要指標(biāo)。以網(wǎng)側(cè)a相為例，如圖5所示。

圖5 網(wǎng)側(cè)a相電流電壓

圖5中，當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定，網(wǎng)側(cè)電壓、電流能夠?qū)崿F(xiàn)同相位。并且在負(fù)載功率突變時(shí)刻，電壓并未出現(xiàn)明顯畸變，能夠平滑過度。這就說明系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)高功率因數(shù)輸出，并且諧波分量較小。功率因數(shù)如圖6所示。

圖6 系統(tǒng)功率因數(shù)

由圖6所示，當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定后，能夠?qū)崿F(xiàn)單位功率因數(shù)輸出。

根據(jù)上述對PWM整流器電阻負(fù)載的仿真結(jié)果可以說明采用約束條件對系統(tǒng)進(jìn)行修正是能夠消除直流母線電壓的靜差，抑制直流母線電壓的波動(dòng),同時(shí)能夠減少網(wǎng)側(cè)諧波分量。故本文對雙PWM控制結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真分析。系統(tǒng)在0.4 s時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)矩突變?yōu)?0 N·m。對比分析采用約束條件的控制系統(tǒng)與不采用約束條件的控制系統(tǒng)性能。雙PWM直流母線電壓波動(dòng)如圖7所示。

圖7 電機(jī)轉(zhuǎn)矩突變直流母線電壓波形圖

根據(jù)電壓波動(dòng)圖可知，采用約束條件對系統(tǒng)進(jìn)行修正是能夠消除由于電機(jī)功率突變導(dǎo)致的靜差，但相對于前文所述的純電阻負(fù)載，系統(tǒng)調(diào)節(jié)時(shí)間有所增加。將突變后電機(jī)轉(zhuǎn)矩升至40 N·m，同時(shí)減少系統(tǒng)直流側(cè)電容為2 000 uF。直流母線電壓如圖8所示。

圖8 電機(jī)轉(zhuǎn)矩40 N·m直流母線電壓波形圖

由圖8可知，電機(jī)轉(zhuǎn)矩突變?yōu)?0 N·m，同時(shí)減少直流側(cè)電容。系統(tǒng)在無修正的情況下，直流母線電壓大范圍波動(dòng)。采用約束條件對系統(tǒng)修正，當(dāng)轉(zhuǎn)矩突變?yōu)?0 N·m，由于減少了直流側(cè)電容，修正參數(shù)出現(xiàn)一定誤差，造成約為2 V的靜差，但是系統(tǒng)直流母線電壓仍舊能夠維持穩(wěn)態(tài)。

無論采用哪種控制方法都能夠保證三相異步電機(jī)電機(jī)的正常運(yùn)行。但采用約束條件對系統(tǒng)進(jìn)行修正時(shí)，由于三相異步電機(jī)類似于阻感負(fù)載，直接從直流母線上獲得負(fù)載電流波動(dòng)較大。故可根據(jù)式(10)得到負(fù)載電流。

電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈如圖9所示。

圖9 電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈波形圖

由圖9可知電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈很快趨于穩(wěn)態(tài)，并且電機(jī)轉(zhuǎn)矩變化并未對電機(jī)磁鏈造成影響，三相異步電機(jī)可以部分等效為直流電機(jī)加以控制。但是由于三相異步電機(jī)勵(lì)磁電流與轉(zhuǎn)矩電流間存在一定的耦合性，所以磁鏈會(huì)存在一定的靜差，但對系統(tǒng)影響不大。勵(lì)磁電流與轉(zhuǎn)矩電流如圖10所示。

圖10 勵(lì)磁電流與轉(zhuǎn)矩電流

由圖10可知，系統(tǒng)勵(lì)磁電流很快就趨于常量，建立電機(jī)內(nèi)部磁場。但由于電流間的耦合性，0.2 s時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速趨于指令值時(shí)，轉(zhuǎn)矩電流突降，勵(lì)磁電流也會(huì)隨之受到影響，波形毛刺增多，轉(zhuǎn)子磁鏈產(chǎn)生靜差。

電機(jī)轉(zhuǎn)速如圖11所示。

圖11 電機(jī)轉(zhuǎn)速

電機(jī)轉(zhuǎn)速約在0.2 s時(shí)趨于指令值，系統(tǒng)存在約為0.1轉(zhuǎn)的靜差可忽略不計(jì)。在0.4 s時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)矩增大，電機(jī)轉(zhuǎn)速降約為0.1轉(zhuǎn)也可忽略不計(jì)。故在電機(jī)功率允許范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)矩突變對電機(jī)轉(zhuǎn)速的影響不大。

4 結(jié)束語

本文詳細(xì)分析了雙PWM結(jié)構(gòu)能量流動(dòng)的特點(diǎn)，并從能量流動(dòng)角度建立一段時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)能量變化的數(shù)學(xué)模型。在該數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上建立約束條件使電機(jī)功率突變前后能量能夠以平滑的方式進(jìn)行調(diào)整，從而達(dá)到抑制直流母線電壓波動(dòng)，減少諧波分量的目的。根據(jù)仿真結(jié)果表明，采用約束條件對整流側(cè)功率內(nèi)環(huán)以及電壓外環(huán)進(jìn)行修正是能夠抑制電壓波動(dòng)，減少網(wǎng)側(cè)電流諧波分量，同時(shí)能夠減少直流側(cè)電容容量，保證電機(jī)的正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)雙PWM協(xié)調(diào)控制。

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Double PWM Coordinated Control Based on Energy Mathematic Model

Ding Bowen2, Fan Bo1,2, Liao Zhiming3, Guo Ning2, Zhang Weiwei2

(1.College of Electrical Engineering, Henan University of Science and Technology,Luoyang 471023, China;2.CITIC Heavy Industries Co., Ltd. Luoyang 471039, China; 3.KRC Crane Equipment Co.,Ltd.Luoyang 471023, China)

Based on double PWM structure, analyses each part of system energy relationship on the basis of system energy flow theory when system in the energy balance state and unbalance state and build energy mathematic model of double PWM. In order to solve the problem that the DC bus voltage fluctuation and the system output power not matches the system input power dues to the system output energy not matches the system input energy, build constraint condition of DC bus voltage fluctuation and grid-side current component in the d axis. The condition can ensure the system energy smoothly varies. Using constraint condition to correct voltage outer loop and power inter loop, realize the output energy of rectifier side can fast match with the loss energy of inverter side. So the double PWM structure can ensure each part coordinated control of system. According to results of simulation, the system can realize system energy fast in balanced state and reduce DC bus voltage fluctuation when the power of load motor suddenly varies. This method also can reduce the harmonic current and capacity of the DC side capacitors.

energy flow; constraint condition; energy balance; coordination control

2017-02-14；

2017-03-10。

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(U1404512，61473115)；河南省重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目(162102210200)。

丁博文(1991-)，男，河南洛陽人，碩士研究生，主要從事電力電子與電氣傳動(dòng)方向的研究。范 波(1975-)，男，河南洛陽人，副教授，碩士研究生導(dǎo)師，主要從事大容量功率變換與高壓交流調(diào)速系統(tǒng)方向的研究。

1671-4598(2017)08-0058-06

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2017.08.016

TP319

A