T型三电平整流-逆变系统的数学模型与控制方法研究.pdf

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1、2014年第3期煤矿机电·17·T型三电平整流一逆变系统的数学模型与控制方法研究张亦凡(中国煤炭科工集团上海研究院，上海201401)摘要：为实现单位功率因数工作，维持母线电压及上下电容电压平衡，维持负载端电压稳定，对T型三电平三相整流一逆变系统进行初步研究。分别建立了三电平整流器及三电平逆变器的数学模型，并设计了相应的控制系统及控制参数。通过仿真，验证了控制策略及参数的正确性。关键词：T型三电平整流器；T型三电平逆变器；数学模型；控制仿真中图分类号：rIP273文献标识码：A文章编号：1001—0874(2014)03—0017—06

2、ResearChOnMathematicaIMOdeIandCOntrOIMethOdOfT-TypeThree—PhaseRectifie卜InVerterSystemzh8ngY寸an(ShanghaiResearchInstituteofCCTEG，Shanghai2叭40l，China)AbStract：Inordertoachievetheunitypowerfactor叩eration，maintainthebalaJlceofbusVoltageanduppe卜lowercapacitancevoltage，maintai

3、nthestabilityofthe10advoltage，theT—typethree—leVelI℃ctifier—inVenersystemispreliminarystudied．Establishesthemathematicalmodelsofthree—levelrecti6erandthree-levelinverterseparately，andalsodesignsthecorrespondingcontrolsystemandcontmlparameters．Finally，thecoH-ectnessofcont

4、rolstrategiesandparametersareveri矗edbysimulation．KeywordS：T—typethree-phaserect访er；T-typethree一1evelinverter；mathematicalmodel；controlsimulation0引言目前煤矿用设备对其运行和控制有较高的要求，同时还要适应煤矿复杂的生产环境，满足煤矿生产安全、可靠、高效等特殊要求，故矿用变频器已成为煤矿生产中重要的控制设备。T型三相三电平整流一逆变系统如图1所示，它不仅能满足多种负载的z，』I逆变要求，而且能同时

5、实现网侧的功率因数控制，谐波污染小，对改善电网质量有重要意义‘1J。近年来，随着煤矿应用领域对大功率的要求，多电平结构受到越来越多的关注，目前以三电平结构最为常见。它又分为二极管钳位、飞跨电容、T型。2o等结构类型，其中T型结构在中低频应用场合整体效率较高¨o，得到了广泛的应用。图l三电平整流-逆变系统·18·煤矿机电2014年第3期本文以T型三电平三相整流一逆变系统为研究对象，推导了系统的动态数学模型，设计了系统的控制参数，实现了功率因数、母线电压、电容均压、逆变输出电压的控制。1T型三电平变流器数学模型图2所示为T型三电平整流器的原

6、理图。为了实现对它的精确控制，必须建立它的动态数学模型。根据变换器建模理论”o，首先建立T型三电平整流器的开关周期平均模型。图2中虚线框中的部分可以用如图所示的三个单刀三掷的开关网络来代替，如图3所示。前面图1中，L，=￡：=厶=L，厶=￡，=￡6=￡’，Cl=C2=C；图2中R】=R2=R。图2T型三电平整流器原理图pl一砷一弋9o=白Q矿；—[Ul一，7L一⋯——————一一。图3T型三电平整流器等效开关网络建立开关函数如式(1)。其中下标i代表A、B、C三相上D、E、F三点，，代表p点或凡点。由式(1)所示开关函数，可以得到交流侧

7、线电流与i。、i。的关系及D、E、F三点与母线中点间的电压与输出电压口，、”：的关系，见式(2)。si={：：柔苗嘉连ip=SDPi。+JsEPi6+S即i。i。=一SI)pi。一SEPib一．sFpi。秽D。=JsD口”出l一5Dn秽2移ED=JSE口秽出1一JsEn”2移F。=SF口”出l—Sh口2(2)对式(2)进行开关周期平均运算，可得到T型三电平整流器的开关周期平均模型式(3)。f￡未[三萎三三]=[三i三三三]一<勘出，>t『薹三]+j～>埘c《矧2睃之。蔓。。]㈦哥扳；，再通过坐标变换，可得到由同步旋转坐标系下(3)^^击

8、铲泫旦显鹕h出措#lI—P／一、￡未[三篆三i]=『三i三三i]一<秽->t『薹三]+<移：>t[三三]一[善一手￡i][三莩三i]ci熹[三：：：三?】==[!乏。!：，。!：。。】(4)在式(4)中引入