第
42
卷第
5
期
2008
年
5
月
电力电子技术
Power Electronics
Vol.42
,
No.5
May
,
2008
定稿日期
:
2008- 03- 10
作者简介
:
曹世华
(
1982-
) ,
男
,
陕西榆林人
,
硕士生
。
研
究方向电力电子功率变换与系统控制
。
1
引 言
由于三相
PWM
整流器能控制直流电压和网侧
功率因数,因而被广泛应用于四象限运行变频器的
前端。电压电流双闭环控制方案的前提是获得网侧
电压的相位,而相位的捕获大都是采用过零比较器,
经
DSP
的
CAPTURE
来捕获脉冲的硬件方法实现锁
相。虽然该方法在工程上容易实现,但在网侧三相电
网电压不平衡或者电压含有谐波时,就不能准确地
捕获基波正序的过零点,从而影响锁相的精度。
在结合
PWM
整流器空间矢量解耦控制算法的
基础上,将软件锁相环技术应用在
PWM
整流器控
制系统中,并给出了该算法的工程设计方法。用
MATLAB
搭建了系统的仿真模型,通过仿真和实验
验证算法的可行性。
2
软件锁相环原理
2.1
硬件锁相电路
图
1
示出
DSP
外围硬件锁相电路原理图。该电
路采用了过零比较方式,即电网电压在过零时刻触发
DSP
的捕获中断,同时
DSP
的计数器开始读取当前
脉宽值,在捕获中断中读取上一次捕获寄存器的值。
虽然该方案的硬件原理和软件算法比较简单,易于工
程实现,但由于电网电压在
50 Hz
附近波动以及电网
含有谐波或存在三相不平衡等问题,因此很难保证相
位的同步和精度。尤其当整流器处于能量回馈状态
时,若相位不能与电网同步,将给电网带来谐波污染。
图
1
过零比较电路
2.2
瞬时无功理论锁相原理
瞬时无功理论锁相的基本原理是将三相输入电
压
u
a
,
u
b
,
u
c
转换到静止的
!
,
"
坐标系,然后从静止
的
!
,
"
坐标系转换到与电压同步的旋转
d
,
q
坐标
系,得到交流电压的直流分量
U
d
,
U
q
。变换所用的旋
转角
#
是软件锁相环的输出。如果锁相角与电网电
压相位同步,则
U
q
=0
。
0
与
U
q
相减,经过
PI
调节器
后可视为误差信号
$
,
$
经过一积分环节后的输出
即为电网电压的相位
#
。整个控制过程构成反馈,通
过
PI
来达到锁相的目的。当电网电压不平衡时,电
网电动势可描述为正、负序电动势及零序电动势三
者的合成。三相不平衡电压经过静态、动态坐标变换
后,只有正序分量转换为直流分量,负序、零序经过
d
,
q
转换后都是高频分量,经过高频滤波后软件锁
相的输出就不受负序、零序的影响,这样就能保证软
件锁相跟踪的是基波正序分量。算法中的滤波是通
过积分环节实现的。采用锁相后,电压跟踪波形能快
速跟踪输入的电压相位
[1]
。
3 PWM
整流器控制原理
3.1 PWM
整流器数学模型
图
2
示出三相
PWM
整流器的拓扑结构。三相
新型软件锁相环三相电压型
PWM
整流器的控制
曹世华
1
,
张维娜
1
,
沈 鸿
2
,
房 静
1
(
1.
西安理工大学,陕西 西安
710048
;
2.
深圳易能电气技术有限公司,广东 深圳
518057
)
摘要
:
在电网电压频率波动或者三相不平衡的情况下,硬件锁相很难准确检测到基波正序的相位。在结合
PWM
整流
器空间矢量解耦控制算法的基础上,将软件锁相环技术应用在
PWM
整流器控制系统中,并用仿真和实验验证了该
方案的可行性。实验结果表明,该方案解决了电网电压频率波动及三相不平衡时的相位同步等问题,并在工程上具
有一定参考价值。
关键词
:
整流器;脉宽调制;软件;锁相
/
数字信号处理器
中图分类号
:
TM461
文献标识码
:
A
文章编号
:
1000- 100X
(
2008
)
05- 0072- 02
Three-Phase Voltage PWM Rectifier Control of Novel Soft Phase-locked Loop
CAO Shi-hua
1
,
ZHANG Wei-na
1
,
SHEN Hong
2
,
FANG Jing
1
(
1.Xi
’
an University of Technology
,
Xi
’
an 710048
,
China
;
2.Shenzhen Encom Electric Technologies Co.
,
LTD
,
Shenzhen 518057
,
China
)
Abstract
:
It is difficult to accurate detect the phase of positive sequence fundamental component of voltage while the
power network frequency is varied and three-phase is unbalanced.Based on SVPWM rectifier decoupled control
,
a novel
soft phase locked loop is used in PWM rectifier control system
,
the simulative and experimental results proves the scheme
is feasible.The experimental result indicated that this scheme is the solution for power network frequency variations and
three-phase unbalance and so on. It has certain reference value in the project.
Keywords
:
rectifier
;
pulse width modulation
;
software
;
phase-locked / digital signal processor
72