Üç fazlı şebekeye bağlı invertörde mevcut tahmin ölü atışı
Chen Rong 1, 2, O Songyuan 2
(1. Elektrik Mühendisliği Okulu, Yancheng Teknoloji Enstitüsü, Yancheng, Jiangsu 224051; 2. Elektrik Bilgi Mühendisliği Okulu, Jiangsu Üniversitesi, Zhenjiang, Jiangsu 212013)
Geleneksel deadbeat kontrolörünün kontrol gecikmesini hedefleyerek ve statik hata ve anti-parazit problemlerini daha da çözmek için, SVPWM modülasyonu ile birleştirilmiş ölü atım güç ayırma kontrolünü tahmin etme stratejisi önerilmiştir. Yeni deadbeat kontrolörü, mevcut iç döngü kontrolünde şebekeye bağlı çalışmada üç fazlı voltaj invertörünün faz kilitleme problemini çözebilir. Üç fazlı şebekeye bağlı invertör, PSIM yazılımı altında modellenir ve çıkış akımı izleme yöntemi, invertörün çıkış gücünü kontrol etmek için dq koordinat sistemindeki çıkış akımını ve şebeke voltajı oryantasyonunu ayırmak için kullanılır. Simülasyon ve deneysel sonuçlar, inverter şebekeye bağlandığında ve faz kilitlendiğinde bu yöntemin iyi bir etkiye sahip olduğunu doğrulamaktadır.
Deadbeat; SVPWM; şebekeye bağlı invertör; güç ayırma
Günümüzde fosil yakıtlar giderek tükeniyor ve insanlar geleneksel enerji kaynaklarını kullanırken göz ardı edilemeyecek bir dizi çevre sorunu getiriyor. Rüzgar enerjisi ve güneş enerjisine dayalı yeni enerji üretimi, giderek insan gücü tedarik sisteminin vazgeçilmez bir üyesi haline geliyor. Evirici, dağıtılmış güç üretim sistemi ile şebekeyi birbirine bağlayan bir köprüdür ve şebeke bağlantı etkisi, tüm ağ ile ilgili olacaktır. Güç şebekesinin, içine enjekte edilen akım dalga formu, özellikle de her bir harmoniğin içeriği için katı gereksinimleri olduğundan, voltaj tipi şebekeye bağlı invertörün topolojisi ve kontrol yöntemi için şebeke akımını ayarlamak özellikle önemlidir.
Üç fazlı invertörler için, SPWM yöntemi genellikle modülasyon için kullanılır ve şimdi SVPWM daha yaygın olarak kullanılmaktadır. Gerilim tipi inverter akım kontrolü, uygun bir bant genişliği elde etmek ve referans akımını gerçek zamanlı olarak doğru bir şekilde takip etmektir. Üç fazlı şebekeye bağlı bir invertörün AC iç döngüsü genellikle akımı ayarlar.Genellikle, histerezis kontrolü, dq altında PI kontrolü, altında PR kontrolü, ölü vuruş kontrolü vb. Dahil olmak üzere mevcut iç döngü ayarlaması için birçok yöntem vardır. Literatürde önerilen histerezis kontrolü hızlı bir dinamik yanıta sahip olmasına rağmen, büyük bir sabit durum hatası üretecek ve döngü genişliği devrenin güvenilirliğini etkileyecektir. Dq koordinat sistemi altındaki PI kontrolünde, şebeke akımı dq eksenine ayrıştırılır.PI kontrolörünün prensibi basit ve uygulaması kolay olmasına rağmen, iyi bir performans elde etmek için parametrelerinin sürekli olarak test edilmesi ve özetlenmesi gerekir. PR denetleyicisi statik hata olmadan izleme yapabilse de, PR denetleyicisini pratik uygulamalarda tasarlamak daha zahmetlidir ve uygulanması zordur. Deadbeat dijital bir işleme yöntemidir.Önce inverter çıkış akımının ayrık örneklemesini yapar ve ardından bunu referans akım ile karşılaştırır.Ölçü ayarlandıktan sonra, fark gerçek zamanlı olarak hatasız referans akımını takip edebilir. SVPWM modülasyon teknolojisi ile birleştirilmiş ölü akım akım kontrolörü, inverter çıkış akımının distorsiyonunu ve titreşimini nispeten küçük hale getirebilir. Bu şekilde modülasyon, statik hatayı daha da azaltabilir, böylece inverter çıkış voltajının ve akımının harmonik içeriği de nispeten küçüktür.
Üç fazlı gerilim şebekesine bağlı eviricinin topolojisi Şekil 1'de gösterilmektedir.
Şekil 1 Üç fazlı gerilim şebekesine bağlı eviricinin topolojik yapısı
Üç fazlı şebeke voltajının dengeli olduğunu (ea + eb + ec = 0), giriş voltajının Ud, V1 ~ V6'nın 6 güç tüpü olduğunu, Usa, Usb, Usc'nin üç köprü kolu voltajı olduğunu, ea, eb, ec ise şebeke tarafı voltajları olduğunu düşünün. , Ia, ib, ic, KVL'ye göre şebekeye bağlı akımlardır:
Yukarıdaki formülü ayrı ayrı örnekleyin,
Örnek olarak A fazını alın, örnekleme periyodu Ts'dir ve çıkış akımı ia (k) k zamanında örneklenir ve verilen referans akımı ikisi arasındaki farktır:
K + 1 anı için, sürücünün A fazı çıkış akımı:
Mevcut tahmin ölü atışının ana fikri: k. Örnekleme periyodunun başlangıcında, kTs, gerçek akım ia (k) verilen akım değeriyle karşılaştırılır ve ilgili voltaj farkı PI regülatörü tarafından hesaplanır ve ardından çıktıyla karşılaştırılır. Gerilim hesaplaması referans gerilimini elde eder ve sonunda optimal gerilim vektörü u (k) elde eder ve daha sonra bu gerilim vektörünü SVPWM yöntemiyle sentezler, böylece (k + 1) Ts'deki çıkış akımı referans akımı izleyebilir, yani ia (k + 1) = 0, ancak gerçek sistemlerde, akım, gerilim örneklemesi, PWM görev döngüsü güncellemesi ve endüktans filtre gecikmesi vb. Nedeniyle, beklenen etki genellikle ideal koşullar altında elde edilemez. Gerilim ve akım k zamanında örneklenir ve hesaplanır ve son olarak k + 1 zamanında bir tahmin sinyali verilir ve sinyal gerçekten k + 1 ile k + 2 arasında verilir, bu da teoriden bir vuruş sonradır ve bu da sistemin Güvenilirlik, sistemin bant genişliğini etkiler, bu nedenle denetleyicinin performansını iyileştirmek için, bunun telafi edilmesi ve k + 2 örnekleme zamanındaki akımın tahmin edilmesi gerekir.
Aynı şekilde, faz A'nın k + 2 zamanındaki akım elde edilebilir:
Formül (5) ve formül (2) 'yi birleştirerek şunu elde edebiliriz:
sen
Literatüre göre, PWM örnekleme frekansı şebeke temel frekansına göre nispeten küçük olduğunda, şebeke voltajı değişmemiş olarak kabul edilebilir. Giriş tarafı voltajı ile inverterin üç köprü kolu arasındaki ilişkiye göre, (k), us (k) us (k) ile çıkış voltajları elde edilebilir.
Anahtar durumu Sx (Sx = 1, üst köprü kolunun açık olduğu anlamına gelir, Sx = 0 alt köprü kolunun açık olduğu anlamına gelir), denklemleri birleştirerek (6), (7) ve (8), bize (k + 1) alabiliriz, us (k + 1).
2 Simülasyon doğrulama
PSIM yazılımında sistem modeli oluşturun, PSIM'de dinamik bağlantı kitaplığı DLL dosyasını çağırın, ölü vuruş kontrolünü gerçekleştirmek için C dili programlamayı kullanın. Veriyolu voltajı dış döngüdür ve AC akımı iç döngüdür. Simülasyon parametreleri: DC giriş voltajı 650 V, AC yan voltajı RMS 220 V, frekans 50 Hz, güç cihazı anahtarlama frekansı 10 kHz, filtre endüktansı 3 mH, AC tarafı direnci 0.1 .
Şebekeye bağlı akımın ayrı örneklenmesi ve izlenmesi ve büyütülmüş diyagramın bir kısmı Şekil 2'de gösterilmektedir. Akım genliği verilen AC 5 A ve periyot 0.02 sn'dir.
Şekil 2 Akım dalga biçimini izleyen ayrık örnekleme
Şekil 3, genliği 6 A ve frekansı 50 Hz olan faz A, B ve C ızgara akımlarının bir simülasyon diyagramıdır. Deadbeat kontrol yöntemi altında, akımın başlangıçtan kararlı çalışmaya kadar yaklaşık 0.01 saniyelik bir dalgalanma süresine ihtiyaç duyduğu görülebilir. Şekildeki dalga biçimi ekranı açıktır, üç fazlı çıkış akımı eğilimi sabittir, dalga biçimi tutarlıdır ve sistemin iyi ve kararlı çalıştığını gösteren büyük bir dalgalanma yoktur.
Şekil 3 Üç fazlı akım dalga formu
3 deney
Kontrol stratejisinin fizibilitesini ve güvenilirliğini daha iyi doğrulamak için 3 kVA prototipi geliştirildi. İşlemci TInin TMS320F2812ini kullandı ve güç cihazı IRnin IRFP460 MOSFET modelini kullandı. Deneysel parametreler simülasyon parametreleri ile tutarlıdır.
Gerçek prototipin deneyi Şekil 4'te gösterilmektedir. Sistem tam olarak yüklendiğinde ve sabit bir durumda çalışırken, anahtar tüpünün çıkış dalga biçimi Şekil 4 (a) 'da gösterilmektedir. Ea'nın tepe değeri 310 V'dir (etkin değer 220 V'dir) ve ia'nın tepe değeri 7 A'dır (etkin değer). 5 A), üç fazlı tam yükün toplam gücü 3 kVA'ya ulaşır ve güç faktörü 0,996'dır Şekil 4 (b), inverterin filtrelenmesinden önceki ve sonraki çıkış gerilimini gösterir. Mevcut tahmini deadbeat yöntemiyle yapılan prototipin kararlı hal çalışmasının iyi olduğu, sistemin faz kilidinde kararlı olduğu ve beklenen set hedefine ulaşıldığı görülmektedir.
(a) Şebekeye bağlı akım ve çıkış voltajı
(b) Yarım yükte çıkış voltajı
Şekil 4 Gerilim ve akımın senkron dalga formları
Şekil 5, üç fazlı şebeke voltajının değişmeden kaldığı ve saf direnç yükünün anma değerine aniden eklenip boşaltıldığı dalga şeklidir.Yük üçüncü güç frekansı döngüsünde eklenmeye başlar ve ardından kontrolör ayarlama yapmak için müdahale eder. Kısa sürede kararlı duruma ulaşıldığı görülebilir. Sistem, kararlı durum çalışma durumu altında akımı aniden boşalttığında, şekildeki dalga formu, yük ikinci yarı-güç frekans döngüsü sırasında aniden kaldırıldığında ölçülen akım dalga formudur.
Şekil 5 Gelen akım aniden eklendiğinde ve yüksüz olduğunda dalga formları
Sistemin ani yükselme ve deşarj akımının dinamik özelliklerinden sistemin sağlamlığının iyi olduğu anlaşılmaktadır ki bu da deadbeat ayar etkisinin iyi olduğunu göstermektedir.Bu kontrol yöntemi sistemin geçici sürecini hızlandırabilir ve sistemin hızlı bir şekilde başka bir güvenilirliğe ulaşmasını sağlayabilir. Kararlı çalışma noktası.
Mevcut tahmine dayalı farksız güç ayırma kontrol stratejisi, şebeke voltajı ve şebekeye bağlı akımın ikili kapalı döngü kontrolünü sağladığından, sistemin çıkış enerjisi ve güç faktörü id ve iq kontrol edilerek kontrol edilebilir. Akımın ayrıştırılması, şebekeye bağlı güç ve güç kalitesinin ayarlanmasının etkisini elde etmek için doğru eksen akımının ve dört evreli eksen akımının bileşenlerini değiştirir.
4. Sonuç
Bu makale, teori ve deneydeki mevcut tahminin atılgan güç ayırma yöntemini dikkatlice analiz eder ve 3 kVA prototipine SVPWM teknolojisini uygular. Simülasyon ve deneysel sonuçlardan, bu yöntem statik hata, anti-parazit ve diğer sorunları daha da çözebilir.Aynı zamanda, kontrol stratejisinin iyi kararlı durum özelliklerine ve dinamik özelliklere sahip olduğu ve verilen bir akımın hızlı ve doğru bir şekilde izlenmesini sağlayabildiği görülebilir. , Faz kilitli dalga formu efekti iyidir. Doğrudan eksen akımının ayarlanması, birim güç faktörü çalışmasını, reaktif güç kompanzasyonunu vb. Sağlayabilir ve kontrolün uygulanması kolaydır, bu da etkili bir şebekeye bağlı stratejidir.
Referanslar
Cao Junwei, Yang Mingbo, Zhang Dehua, vb Enerji İnternet-Bilgi ve Enerji Altyapısı Entegrasyonu, Southern Power Grid Technology, 2014, 8 (4): 1-10.
Yang Yong, Suoji, Qi Chunqing ve diğerleri.Üç fazlı şebekeye bağlı inverter endüktansının çevrimiçi tanımlanması ve kontrolü. Journal of Electrical Machines and Control, 2011, 15 (3): 52-57.
Gu Herong, Yang Zilong, Wu Weiyang, et al.Şebekeye bağlı inverter çıkış akımının histerezis izleme kontrol teknolojisi üzerine araştırma.Çin Elektrik Mühendisliği Bildirileri, 2006, 26 (9): 108-112.
Yang Yong, Ruan Yi, Wu Guoxiang, vb. DPWM1'e göre ölü atım ayırma kontrolüne sahip üç fazlı şebekeye bağlı inverter.Elektroteknik Mühendisliği Dergisi, 2010, 25 (10): 101-107.
Yang Yong, Ruan Yi, Ye Binying ve diğerleri.Üç fazlı şebekeye bağlı invertörler için Deadbeat akım tahmin kontrol yöntemi.Çin Elektrik Mühendisliği Bildirileri, 2009, 29 (33): 40-46.
HOLTZ J. Elektronik güç dönüşümü için darbe genişliği modülasyonu IEEE, 1994, 82 (8): 1194-1214'ün ilerlemesi.
MALINOWSKI M, KAZMIERKOWSKI M P, TRZYNADLOWSHI AC ayarlanabilir hızlı sürücülerdeki PWM redresörleri için kontrol tekniklerinin karşılaştırmalı bir çalışması. IIEEETransactions on Industrial Electronics, 2003, 18 (6): 1390-1396.
ZMOOD D N, HOIMES D G. Sıfır kararlı durum hatası ile PWM inverterlerinin sabit çerçeve akım regülasyonu Güç Elektroniği IEEE İşlemleri, 2003, 18 (3): 814-822.
HUY L H, SLIMANI K, VIAROUGE P. Kalıcı mıknatıslı senkron servo sürücüleri için gerçek zamanlı bir tahmini akım kontrolörünün analizi ve uygulaması Endüstriyel Elektronik üzerine IEEE İşlemleri, 1994, 41 (1): 110-117.
MOSSOBA J, LEHN P.A yüksek bant genişliğine sahip aktif güç filtreleri için kontrolör mimarisi.Güç Elektroniği IEEE İşlemleri, 2003, 18 (1): 317-325.
KUKRER O. Gerilim beslemeli üç fazlı PWM inverterlerin ayrık zamanlı akım kontrolü Güç Elektroniği IEEE İşlemleri, 1996, 11 (2): 260-269.
Ren biying.Şebekeye bağlı inverter için geliştirilmiş bir atıl kontrol stratejisi.Güç Elektroniği Teknolojisi, 2009, 43 (8): 35-36.
MOHAMED Y AR I, El-SAADANY E F. Üç fazlı PWM voltaj kaynaklı invertör için yeni bir uyarlanabilir kendi kendini ayarlayan yük modeli ile geliştirilmiş bir ölü atım akımı kontrol şeması IEEE İşlemleri Endüstriyel Elektronik, 2013, 32 (3): 41-43.
Huang Tianfu, Shi Xinchun, Wei Debing, vd.Güç Sistem Koruması ve Kontrolü, 2012, 40 (11): 36-41. Üç fazlı fotovoltaik şebekeye bağlı invertör üzerine araştırma.
AET üyeleri için yıl sonu avantajları!
