Yeni bir tür tek fazlı doğrultucu kontrol yöntemi üzerine araştırma
0 Önsöz
PWM redresörleri, AC sürücüler, kesintisiz güç kaynakları, güneş enerjisi ve rüzgar enerjisi şebekesine bağlı güç üretimi gibi önemli alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Yurtiçi ve yurtdışındaki PWM redresörleri için kontrol algoritmaları çoğunlukla çift kapalı döngü kontrolüdür, yani dış döngü voltaj geri besleme kontrolünü benimser (voltaj dış döngüsü, kapasitör enerji depolama geri besleme dış döngüsü, voltaj kare dış döngü) ve iç döngü doğru akım kontrolünü (tahmini akım kontrolü, Histeresiz akım kontrolü, dq ekseni senkron PI akım kontrolü). Doğru akım kontrolünden farklı olarak, doğrudan güç kontrol algoritması, sistemin aktif ve reaktif gücünü doğrudan kontrol eder.Yüksek kontrol hassasiyeti ve hızlı tepki hızı nedeniyle, üç fazlı PWM dönüştürücülerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Doğrultucunun DPC algoritması, güç histerezis anahtarı tablosunu seçerek kontrolü gerçekleştirir, ancak yine de birçok sorun vardır. Literatür, ağ ölçümünün harmonik içeriğini azaltmak için geleneksel güç histerezis anahtar ölçeri optimize etmek için bulanık kontrol algoritmasına dayalı bir anahtar ölçer önermektedir, ancak sistem anahtarlama frekansı hala sabit değildir. Bu nedenle literatür, anahtarlama frekansını sabitlemek için SVPWM algoritmasını kullanır. Literatür, örnekleme frekansını azaltan iç döngüde PI kullanan bir DPC algoritması önermektedir, ancak PI parametreleri hata ayıklama deneyimi gerektirir ve sistemde yavaş dinamik yanıt gibi sorunlar devam etmektedir. Literatür, kontrolör parametresi tasarımını basitleştiren ve sistemin dinamik yanıt hızını geliştiren PI'nin yerini alacak bir kestirimci doğrudan güç kontrol algoritması önermektedir.
Tek fazlı redresörlerin yurtiçinde ve yurtdışında DPC öngörülü kontrolü üzerine nispeten az sayıda çalışma vardır Literatür, sabit anahtarlama frekansına sahip tek fazlı redresörler için, mikroişlemcinin büyük bir bellek alanını gerektiren ve koordinat sistemini dönüştürmek için faz kilitli bir döngü gerektiren bir DPC algoritması önermektedir. Faz kilitlidir ve literatür, sanal bir akı ve faz kilitli döngü oluşturmaya gerek kalmadan tek fazlı bir anlık güç hesaplama yöntemi önermektedir.
Yukarıdaki problemleri çözmek için, bu makale, faz kilitli döngü olmayan bir otoregresif güç tahmini DPC algoritmasını benimser.Dış döngü kapasitif bir enerji depolama geri besleme kontrol yöntemini benimser ve ileri besleme kontrolü için dış döngünün anti-parazit yeteneğini geliştiren yük gücü sunar ve Dinamik yanıt hızlıdır.İç döngü, gecikme kompanzasyonu problemini çözmek için PI'nin yerini almak üzere otoregresif algoritma kullanır Tek fazlı SVPWM algoritması ile birlikte, anahtarlama frekansı sabitlenir. Son olarak, MATLAB / Simulink tarafından bu yazıda kontrol yönteminin uygulanabilirliğini doğrulayan bir simülasyon gerçekleştirildi.
Şekil 1, tek fazlı bir doğrultucunun devre topolojisini gösterir ve döngü denklemi şu şekilde ifade edilebilir:
Formülde, u ve i sırasıyla giriş voltajı ve akımıdır, uab H-köprü AC tarafı voltajıdır ve L ve R, AC tarafının eşdeğer endüktansı ve direncidir.
Tek fazlı doğrultucunun d-q eksenindeki ayrık matematiksel model, denklem (2) 'dir, burada x (k), kTs anındaki örnekleme değeridir.
Denklem (3) 'den görülebileceği gibi usin ve ucos içindeki düşük frekanslı bileşenler, ağ frekansının yaklaşık 2 katı olan yüksek frekanslı bileşenleri çıkarmak için bant durdurma filtresi ile filtrelenebilir ve denklem (5) elde edilir:
2 Tek fazlı doğrultucu deadbeat DPC algoritması
D-q koordinat sistemindeki tek fazlı bir sistemin aktif ve reaktif gücü şu şekilde ifade edilebilir:
Denklem (12), otoregresif deadbeat tahmini doğrudan güç kontrol modelidir.
3 Kapasitör enerji depolama dış halka tasarımı
Denklemin (1) her iki tarafını da i ile çarparak, doğrultucu enerji değişim modeli elde edilebilir:
Formülde KEP ve KEI, sırasıyla kapasitif enerji depolama PI kontrolörünün orantılı ve integral katsayılarıdır ve sırasıyla kapasitif enerji depolama ve aktif güç için verilen değerlerdir.
Denklemden (19), PL ve PR'nin, P * değeri verilen şebeke tarafındaki aktif gücü elde etmek için ileriye doğru beslendiği görülebilir. Şekil 2, kapasitör enerji depolamasının dış döngü kontrol çerçevesidir ve şekil, kapasitör şarj gücünün verilen değerini gösterir. Otoregresif algoritma ile birleştirilmiş tek fazlı deadbeat güç tahmin algoritması, Şekil 3'te gösterildiği gibi kontrol sistemi yapısı diyagramını alabilir.
4 Simülasyon doğrulama
Bu yazıda kullanılan tek fazlı doğrultucu algoritmanın etkinliğini doğrulamak için Simulink'te bir simülasyon modeli oluşturulmuş ve geleneksel gerilim dış döngü algoritması simüle edilmiş ve doğrulanmıştır. Tablo 1 simülasyon sistemi parametrelerini göstermektedir.
Şekil 4, kararlı durum şebeke akımı ölçümünün simülasyon dalga şekli diyagramını göstermektedir.Sistemin birim güç faktöründe çalıştığı görülmektedir.Şebeke tarafındaki akım FFT'nin Şekil 5'deki kararlı durumda sonuçlanmasından THD değeri% 4,44 ve harmonikler 150 Hz ve 2'de yoğunlaşmıştır. 500 Hz civarında, AC tarafı voltajı temel frekansın iki katı bir dalgalanma içerdiğinden, dalgalanması voltajı uab etkileyebilir, böylece AC tarafı akımı üçüncü harmoniği içerir ve anahtarlama cihazının anahtarlaması, şebeke tarafı akımının anahtarlama frekansının yakınında kalmasına neden olur. Harmonikler, dolayısıyla harmonik içeriği 150 Hz ve 2500 Hz civarındadır.
Şekil 6, çıkış voltajı simülasyon dalga formunu göstermektedir.Geleneksel voltaj dış döngü kontrol sistemi 0.18 saniyede stabilize olur ve kapasitör enerji depolama dış döngü sisteminin DC tarafı voltajı 0.12 saniyede stabilize olur.İki algoritmanın aşımı temelde 85 V ile aynıdır. Aynı modülasyon yöntemini ve kontrol döngüsünü kullanarak, DC tarafındaki dalgalanma 5 V'tur. Karşılaştırma, kapasitif enerji depolama dış döngüsünün geleneksel voltaj dış döngü sisteminden daha hızlı yanıt hızına sahip olduğunu göstermektedir.
Şekil 7, sistem yükü 0.5 saniyede aniden iki katına çıktığında ve 1 saniyede aniden orijinal yüke geri düştüğünde çıkış voltajı dalga şekli diyagramıdır.Şekil 7 (a) 'dan, kararlılığı geri yüklemek için geleneksel voltaj dış döngü algoritma sisteminin yanıt süresinin 0.1 saniye olduğu görülebilir. Şekil 7 (b), algoritmanın 0.08 sn olduğunu göstermektedir.Karşılaştırmadan, kapasitif enerji depolama dış döngü algoritma sisteminin görece daha hızlı yanıt hızına sahip olduğu ve yük aniden değiştiğinde çıkış voltajı dalgalanma değerinin daha küçük olduğu görülebilmektedir.
5. Sonuç
Tek fazlı PWM redresörleri için bu makale, kapasitör enerji depolamasının dış döngüsü için ölü bir doğrudan güç modeli kurar.Geleneksel doğrudan güç kontrol algoritması ile karşılaştırıldığında, bu algoritmanın aşağıdaki avantajları vardır:
(1) Doğrultucunun dinamik tepki hızını ve anti-parazit yeteneğini geliştirin;
(2) Kontrolörün parametre tasarımını basitleştiren PI kontrolörü azaltılır;
(3) SVPWM modülasyonu kullanıldığında, anahtarlama frekansı sabittir;
(4) Tasarımı kolay, faz kilitli döngü gerekmez.
Son olarak, algoritma MATLAB / Simulink'te simüle edildi ve sonuç, bu makalede önerilen algoritmanın doğruluğunu ve üstünlüğünü kanıtladı.
Referanslar
Liao Xiwen, Liu Xiaoning.Üç fazlı voltaj SVPWM doğrultucu üzerine araştırma.Elektronik Teknoloji Uygulaması, 2012, 38 (9): 61-64.
Jiang Weidong, Li Wangmin, She Yangyang ve diğerleri DC kapasitör enerji depolama geri bildirimine ve ileri yük gücü beslemesine dayanan PWM doğrultucu kontrol stratejisi. Journal of Electrotechnical Engineering, 2015, 30 (8): 151-158.
Wang Ende, Huang Shenghua.Üç fazlı voltaj bazlı PWM düzeltmesi için yeni bir çift kapalı döngü kontrol stratejisi.Çin Elektrik Mühendisliği Derneği Bildirileri, 2012, 32 (15): 24-30.
Fang Yu, Qiu Xun, Xing Yan, ve diğerleri Tahmine dayalı akım kontrolüne dayanan üç fazlı yüksek güç faktörlü PWM doğrultucu üzerine araştırma.Çin Elektrik Mühendisliği Derneği Bildirileri, 2006, 26 (20): 69-73.
Zhao Zhenbo, Li Heming, Dong Shuhui Akım histerezis regülatörünü kullanan elektrik vektör kontrollü PWM redresör sistemi Journal of Electrotechnical Technology, 2004, 19 (1): 31-34.
Song Wensheng, Feng Xiaoyun, Xie Wangyu. Dq koordinat sisteminde tek fazlı üç seviyeli doğrultucu kontrolü ve SVPWM yöntemi.Elektrik Makineleri ve Kontrol Dergisi, 2012, 16 (4): 56-63.
Wang Jiuhe, Li Huade, Wang Liming Gerilim tipi PWM doğrultucunun doğrudan güç kontrol sistemi Çin Elektrik Mühendisliği Derneği Bildirileri, 2006, 26 (18): 54-60.
BOUAFIA A, KRIM F, GAUBERT J P. Üç fazlı PWM doğrultucunun doğrudan güç kontrolü için bulanık mantık tabanlı anahtarlama durumu seçimi Endüstriyel Elektronik üzerine IEEE İşlemleri, 2009, 56 (6): 1984-1992.
MALINOWSKI M, JASINSKI M, KAZMIERKOWSKI M P. Uzay-vektör Modülasyonu (DPC-SVM) kullanarak üç fazlı PWM doğrultucunun basit doğrudan güç kontrolü Endüstriyel Elektronik IEEE İşlemleri, 2004, 51 (2): 447-454.
Zhang Yongchang, Xie Wei, Li Zhengxi.PWM doğrultucunun kestirimsel ölü atım doğrudan güç kontrolü.Elektrik Makineleri ve Kontrol Dergisi, 2013, 12 (17): 57-63.
Ma Qingan, Li Qunzhan, Qiu Daqiang, vb. Doğrudan güç kontrolüne dayalı tek fazlı AC-DC dönüştürücü kontrolör tasarımı Journal of Electrotechnical Technology, 2012, 27 (7): 251-256.
Ma Junpeng, Song Wensheng, Feng Xiaoyun. Faz kilitli döngü olmadan tek fazlı üç seviyeli doğrudan güç kontrolü Çin Elektrik Mühendisliği Bildirileri, 2015, 35 (7): 1723-1731.
yazar bilgileri:
Hu Xiaoxue1, Wang Haibin1, Guo Xiaoying2, Zhang Yufeng1, Liu Zhonghao1, Cao Taiqiang1
(1. Elektrik ve Elektronik Bilgi Okulu, Xihua Üniversitesi, Chengdu 610039, Sichuan; 2. Elektrik Bilgi Mühendisliği Fakültesi, Panzhihua Üniversitesi, Panzhihua 617000, Sichuan)
