電壓型PWM整流器的非線性控制

前言

　　隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，先進的全控型功率半導(dǎo)體器件，如絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)、集成門極換向晶閘管(IGCT)、智能功率模塊(1PM)等的出現(xiàn)，微電子（計算機）技術(shù)及控制技術(shù)的發(fā)展促進了整流技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了以脈寬調(diào)制( PWM)控制為基礎(chǔ)的各類變流裝置， 如PWM整流電源、逆變　　電源、高頻開關(guān)電源以及各種特種變流器等。采用PWM技術(shù)的電壓型PWM整流器具有網(wǎng)側(cè)交流電流低諧波、單位功率因數(shù)(Unity Power Factor，UPF)、直流側(cè)直流電壓恒定控制以及能量雙向流動等優(yōu)點，實現(xiàn)了電能“綠色變換”，使整流器在各種直流電源（如通信電源）、變頻調(diào)速系統(tǒng)（如雙PWM變頻調(diào)速）等領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。在主電路拓撲結(jié)構(gòu)一定的情況下，為使電壓型PWM整流器實現(xiàn)電能“綠色變換”，提出了各種控制策略。目前常用的電流控制策略分為“間接電流控制”和“直接電流控制”兩種。間接電流控制是幅相控制，根據(jù)系統(tǒng)低頻穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型（反映穩(wěn)態(tài)下電壓平衡關(guān)系），通過控制電壓型PWM整流器的交流側(cè)電壓基波的幅值、相位，從而間接控制網(wǎng)側(cè)電流?！伴g接電流控制”策略的顯著優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、無需電流傳感器、靜態(tài)特性良好，但這種控制方式的不足是穩(wěn)定性差、動態(tài)響應(yīng)慢、動態(tài)過程中存在直流電流偏移和很大的電流過沖、自身無限流保護、需有過電流保護，制約了該種策略的應(yīng)用?！爸苯与娏骺刂啤辈呗允峭ㄟ^對交流電流的直接控制而使其跟隨電流給定信號的控制方法，引入交流電流內(nèi)環(huán)、直流電壓外環(huán)構(gòu)成整流器控制系統(tǒng)，既可實現(xiàn)單位功　　　　率因數(shù)， 又可控制直流電壓恒定。直接電流控制的PWM整流器采用空間矢量調(diào)制方式，直流電壓利用率得到了提高，采用雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)，利用線性控制理論方法進行設(shè)計，系統(tǒng)的動態(tài)性能得到明顯改善，在工程實際中得到了應(yīng)用。

內(nèi)容概要

本書系統(tǒng)地論述了電壓型PWM整流器的結(jié)構(gòu)、原理及非線性控制理論在電壓型PWM整流器控制中的應(yīng)用。本書分為7章。第1章論述了電壓型．PWM整流器非線性控制的現(xiàn)狀及趨勢，介紹了衡量整流器的性能指標(biāo)；第2章依據(jù)整流器的拓撲結(jié)構(gòu)介紹了整流器的工作原理、數(shù)學(xué)模型及空間矢量算法；第3章依據(jù)瞬時功率理論，論述了各種整流器直接功率控制策略；第4章論述了反饋線性化控制理論及在整流器控制中的應(yīng)用；第5章介紹了Lyapunov穩(wěn)定控制及無源性的控制理論，論述了基于Lyapunov穩(wěn)定控制和無源控制理論的電壓型PWM整流器控制策略；第6章介紹了自抗擾技術(shù)及在整流器控制中的應(yīng)用；第7章介紹了反步法及在整流器控制中的應(yīng)用。    本書可供從事電力電子技術(shù)的科研和工程技術(shù)人員參考，也可作為高校相關(guān)專業(yè)本科高年級學(xué)生、研究生的參考書。

書籍目錄

前言第1章　緒論  1.1  電壓型PWM整流器控制研究現(xiàn)狀及趨勢    1.1.1　電壓型PWM整流器控制研究現(xiàn)狀    1.1.2　電壓型PWM整流器控制研究趨勢  1.2　電壓型PWM整流器性能指標(biāo) 　 1.2.1　直流側(cè)性能指標(biāo) 　 1.2.2　交流側(cè)性能指標(biāo)第2章　電壓型PwM整流器工作原理及基本數(shù)學(xué)模型　2.1  電壓型PWM整流器主電路拓撲結(jié)構(gòu) 　 2.1.1　不控和半控電壓型整流器 　 2.1.2　電壓型PWM整流器　2.2　電壓型PWM整流器工作原理 　 2.2.1  電壓型PWM整流器的兩種工作狀態(tài) 　 2.2.2　電壓型PWM整流器電壓電流矢量關(guān)系 　 2.2.3　整流器開關(guān)工作狀態(tài)    　2.2.4　整流器的整流與逆變換流過程  2.3  電壓型PwM整流器基本數(shù)學(xué)模型    2.3.1  電壓型PWM整流器在三相uvw坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型    2.3.2　電壓型.PWM整流器在兩相靜止αβ坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型    2.3.3　電壓型PWM整流器在兩相同步旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型  2.4　電源不平衡時電壓型PwM整流器數(shù)學(xué)模型    2.4.1　考慮各種因素時的電壓型PWM整流器等效電路      2.4.2　電源不平衡時電壓型PWM整流器數(shù)學(xué)模型  2.5　PWM整流器空間矢量算法　　2.5.1　PWM整流器空間矢量算法　　2.5.2　PWM調(diào)制模塊工作波形第3章　電壓型PWM整流器直接功率控制　3.1　功率理論　  3.1.1　傳統(tǒng)的功率定義　  3.1.2　瞬時功率計算  3.2　電壓型PwM整流器電壓定向直接功率控制    3.2.1　有交流電壓傳感器控制策略    3.2.2　無交流電壓傳感器控制策略  3.3　虛擬磁鏈定向的電壓型PWM整流器直接功率控制　  3.3.1　系統(tǒng)的組成　  3.3.2　工作原理　  3.3.3　系統(tǒng)的優(yōu)缺點  3.4　基于輸出調(diào)節(jié)子空間的電壓型PwM整流器直接功率控制    3.4.1　系統(tǒng)組成    3.4.2　系統(tǒng)的工作原理  3.5　設(shè)置扇形邊界死區(qū)的電壓型PwM整流器直接功率控制    3.5.1　功率滯環(huán)比較器的滯環(huán)寬度對整流器DPC系統(tǒng)的影響    3.5.2　設(shè)置扇形邊界死區(qū)的整流器DPC系統(tǒng)  3.6　設(shè)置雙開關(guān)表的電壓型PWM整流器直接功率控制    3.6.1  電壓型PWM整流器DPC系統(tǒng)性能分析    3.6.2　電壓型PWM整流器雙開關(guān)表控制    3.6.3　采用雙開關(guān)表電壓型PWM整流器DPC系統(tǒng)    3.6.4　雙開關(guān)表電壓型.PWM整流器DPC系統(tǒng)仿真  3.7　功率前饋解耦控制的電壓型PwM整流器功率控制    3.7.1　電壓型PWM整流器前饋功率解耦控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)      3.7.2　電壓型PWM整流器前饋功率解耦控制系統(tǒng)設(shè)計    3.7.3　系統(tǒng)控制原理  3.8　功率內(nèi)環(huán)和電壓平方外環(huán)的電壓型PWM整流器控制    3.8.1　電壓型PWM整流器功率模型及解耦控制    3.8.2　功率內(nèi)環(huán)和直流電壓平方外環(huán)電壓型PWM整流器控制系統(tǒng)　　……第4章　電壓型PWM整流器反饋線性化控制第5章　基于存儲函數(shù)的電壓型PWM整流器控制第6章　電壓型PWM整流器自抗擾控制第7章　基于反步法的電壓型PWM整流器控制參考文獻

章節(jié)摘錄

　　第1章　緒論　　在交流網(wǎng)側(cè)，使用功率二極管或晶閘管實現(xiàn)不控整流和可控整流（相控整流）的整流器，電流波形畸變給電網(wǎng)注入了大量的諧波及無功功率，造成了嚴(yán)重的電網(wǎng)“污染”；對于可控整流器，在深控時存在功率因數(shù)低、直流電壓波動等問題，制約了整流器在工業(yè)中的應(yīng)用?！　〗陙黹_始對電壓型PWM整流器進行了研究，電壓型PWM整流器具有交流側(cè)交流電流低諧波、單位功率因數(shù)、能量雙向流動及恒定直流電壓控制等優(yōu)點，日益引起人們的關(guān)注。由于電壓型PWM整流器具有上述優(yōu)點，現(xiàn)已開始應(yīng)用于單位功率因數(shù)整流、工業(yè)直流電源、交流傳動等工業(yè)領(lǐng)域中。　　1.1　電壓型PWM整流器控制研究現(xiàn)狀及趨勢　　1.1.1　電壓型PWM整流器控制研究現(xiàn)狀　　1.電壓型PWM整流器控制策略　?。?）電流控制策略　　電流控制策略有“間接電流控制”和“直接電流控制”兩種控制策略。實際上間接電流控制是幅相控制，根據(jù)系統(tǒng)低頻穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型（反映穩(wěn)態(tài)下電壓平衡關(guān)系）通過控制電壓型PWM整流器的交流側(cè)電壓基波的幅值、相位，從而間接控制網(wǎng)側(cè)電流?！伴g接電流控制”策略…的顯著優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、無需電流傳感器、靜態(tài)特性良好，但這種控制方式的不足是：穩(wěn)定性差、動態(tài)響應(yīng)慢、動態(tài)過程中存在直流電流偏移和很大的電流過沖、自身無限流保護、需有過流保護，制約了該種策略的應(yīng)用“直接電流控制”策略是通過對交流電流的直接控制而使其跟隨電流給定信號的控制方法，采用交流電流內(nèi)環(huán)、直流電壓外環(huán)構(gòu)成整流器控制系統(tǒng)，既可實現(xiàn)單位功率因數(shù)，又可控制直流電壓恒定。直接電流控制的PWM整流器采用空間矢量調(diào)制方式，直流電壓利用率得到了提高，采用雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)，電壓外環(huán)輸出作為電流指令，電流內(nèi)環(huán)則控制輸入電流，使之快速跟蹤電流指令，其動態(tài)響應(yīng)速度較快、限流容易、控制精度高，在工程實際中得到了應(yīng)用。

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