变结构控制策略在串级调速系统中的应用.pdf

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1、第30卷第7期电力科学与工程Vo1．30．No．7552014年7月ElectricPowerScienceandEngineeringJu1．，2014变结构控制策略在串级调速系统中的应用冯阳，王亚芳，王奔，廖颜沛(1．西南交通大学电气工程学院，四川成都610031；2．机械工业第六设计研究院有限公司，河南郑州450007)摘要：采用带斩波器的晶闸管相控串级调速虽然可以将系统允许的逆变角固定在最小值，最大程度上减少逆变器所吸收的感性无功功率，但并不能从本质上解决功率因数低的问题。逆变器侧采用可控型器件IGBT代替晶

2、闸管，在引入PWM逆变技术的基础上，利用逆系统方法将逆变器的非线性系统数学模型变为伪线性系统且实现多输入多输出的解耦。应用变结构控制来设计控制策略，实现向电网发出感性无功功率，以提高整个电机和串级调速系统功率因数的目的。最后通过仿真实验验证了控制方案的正确性和有效性。关键词：串级调速；IGBT逆变器；逆系统方法；伪线性系统；变结构控制中图分类号：TM343文献标识码：ADOI：10．3969／j．issn．1672—0792．2014．07．叭1外部补偿法，即投入补偿电容器；第二，内部补0引言偿法，即逆变器硬件采用I

3、GBT，调制方式采用SPWM或SVPWM，以实现逆变器输出幅值和相位风机和泵类负载在各种工矿企业中应用的数的同时控制。量众多，耗电量巨大，但电动机的额定转速通常文献[1，2]用IGBT电压型逆变器替代原大于风机和泵类负载的转速，造成能量的巨大浪来晶闸管逆变部分，采用前馈解耦将逆变器数学费，所以，通过减小电动机转速以匹配风机和泵模型线性化后，用双闭环PI控制，参数极难整类等负载所实际运行的转速，可大大降低能量损定，且对参数变化及扰动敏感。文献[3]将电耗。串级调速系统由于其位于转子侧，大功率器流型PWM整流技术引入串级

4、调速系统，省去了件所承受的电压低，且与电动机是并联的关系，中间直流回路的斩波器，但逆变器所需求的容量有可靠性高、成本低等优点，是一种在绕线式电较大，控制复杂。文献[4]将采用双PWM变换动机中较理想的调速装置。器控制，同样省去了直流斩波电路，但由于风机但是，实际运行情况证明，串级调速系统投和泵类负载调速范围比较小，不需要反向运行，入运行后，功率因数大大降低。理论分析表明，双PWM结构的成本昂贵，在串级调速系统中应这个现象通常是两个原因造成的：第一，电动机用性价比不高。转速降低后，有功功率降低(这就是节能的结本文在阐述

5、串级调速系统原理的基础上，建果)，而无功功率(本文中的无功功率都是指感立IGBT结构及SPWM调制的逆变器的数学模型，性无功功率)基本不变，所以功率因数下降；第针对该模型的非线性和强耦合特性，采用逆系统二，整流器和逆变器分别运行在不可控整流和相方法，将非线性数学模型变为线性数学模型，且控逆变的方式下，它们都是巨大的无功功率消耗实现幅值和相位控制的解耦，然后，对该线性系源。通常解决功率因数降低的方法有两种：第一，统采用滑模变结构控制，以实现功率因数的补偿。收稿日期：2014—03—10。作者简介：冯阳(1987一)，男

6、，硕士研究生，研究方向为现代电力电子技术在电力系统中的应用和电能质量控制，E-mail：~457300@126．1201"1。56电力科学与工程最后，针对相控逆变器和SPWM逆变器运行的情直流侧电容，U为电容上的电压，i为直流侧电况，就无功功率问题进行仿真，仿真结果表明，流，S，S，S分别为三相变换器的可关断器件在本文采用的方法下，完全能实现无功功率的彻的脉冲触发信号。底补偿。1IGBT型串级调速系统的主电路和工作原理f—Ill：⋯“=Ⅱ=IGBT型串级调速系统主电路如图1所示，主要由整流器、斩波Boost电路及IG

7、BT逆变电路和变压器构成“。电感具有储能、抑制转子电流图2三相逆变器原理图脉动、减少定子电流高次谐波分量的作用。电容为了便于有功和无功功率的单独控制，建立和二极管一起组成斩波器的缓冲电路。通过改变了囱坐标系下的数学模型，其表达式如下：图1中斩波电路Boost结构中IGBT的占空比来改警-Rid+~Liq变不可控整流器侧直流电势的大小，调节返回电动机定子的功率，以达到调节电机转速及节能的誓-Riq-toLid-U(1)目的。．1nkVc一3(5¨)式中：i，i为交流侧三相电流在幽坐标下的d轴和g轴分量，作为系统的输出变

8、量；U，U为三相电压在dq坐标下的d轴和q轴分量；S，S为开关函数在由坐标下的d轴和q轴分量，作为系统的输入变量；为系统角频率。图1IGBT型串级调速系统原理图由瞬时无功功率理论可知，当派克变换的初以往采用晶闸管逆变器的串级调速系统，晶相角与母线电压初相角相同时，系统在由坐标系闸管逆变器仍然通过电网电压换流，依然存在相下的有功和无功功率的计算如