电力电子装置中的控制技术-s(3)

3.2 内环脉宽调制技术
4 空间矢量PWM(SVPWM)控制
方法二：第二种方法称为基于不定频率滞环 SVPWM电流控制的基本原理。同样以三相电压型逆变器为例来讨论。同样忽略线路中的电阻，只考虑电感。那么逆变器输出电压空间矢量可以表示如下。 ? ? ? dI U ?E+L dt ?* ? ?* ? I 若指令电流为：则实际的误差电流矢量为：DI ? I - I 带入上式可得：
? ?* ? ? dDI dI L ?E+L -U di dt

3.2 内环脉宽调制技术
4 空间矢量PWM(SVPWM)控制
可见电流误差变化受到指令电流、系统或负载电压和输出电压的影响，因此要使

误差电流为零，指令电压矢 ?* 量为： ? ? 带入前一个式子可得误差电流矢量变化率：
? ?* ? dDI L ? U -U di dI U ?E+L dt
*

基于不定频率滞环 SVPWM 电流控制的基本原理就是选择合适的空间电压矢量，逼近指令电压矢量，从而使输出电流与指令电流的误差为零。其控制原理框图如下所示。

3.2 内环脉宽调制技术
4 空间矢量PWM(SVPWM)控制
从图中可以看出其基本方法是根据误差电流矢量状态和指令电压矢量所属区域选择合适电压矢量
? U k (k ? 0, ? ,7)

ia
ib ic

i

* a

+
-

Ba Bb Bc

X ab
? ? ? ó ì ? a 2 ￥ μ a ?

* ib + * ic +

X bc

?* U

· á ê ? ? ? ? ?

X ca

3.2 内环脉宽调制技术
4 空间矢量PWM(SVPWM)控制
?指令电压矢量和误差电流矢量区域的划分我们可以将参考电压矢量所在空间用电压型逆变器的 6个非零矢量划分为6个区域。同样，也可以将误差电流矢量所在空间划分为6个区域，但是考虑倒误差电流瞬时值正负判断的方便，可以将两个区域划分的不同，如下图所示。将（a,b,c）坐标轴顺时针旋转30度，得到误差电流矢量空间的坐标（x,y,z）。同样，该空间亦分为6个区域。其中， IW 为滞环宽度。两个坐标系有一个转换关系如下面的公式所示。

3.2 内环脉宽调制技术
4 空间矢量PWM(SVPWM)控制 b ? ?
U3

II

U2
I

Y
? U4
III

IW
4 IV
? U5

3 5

2 1 6

?* U

Z
V

X

? U1

a

?X ? ? 1 - 1 0? ? a ? ?Y ? ? 3 ? 0 1 1? ?b ? ? ? 2 ? ?? ? ? ? ?Z ? ? ?- 1 0 1? ?? ?c ? ?

VI

? U6

c

3.2 内环脉宽调制技术
4 空间矢量PWM(SVPWM)控制
?控制规则和输出电压矢量的选择为实现电流跟踪控制，必须选择一个合适的三相空间 ? ? 电压矢量与误差电流矢 U k ，使误差电流变化率矢量 dDI / dt ? 量 DI的方向始终相反。 ? 若选取的 U k 使其对应的误差电流变化率矢量的模越大，其电流跟踪速度越快，其开关频率也会增加；反之， ? Uk 选取的对应的误差电流变化率矢量小，其电流跟踪速度就慢，相应的开关频率就会减小。因此，电压矢量的选择规则有：

3.2 内环脉宽调制技术
4 空间矢量PWM(SVPWM)控制
规则 1：当时，选择三相电压逆变器输出空间 ? 电压矢量 U ，使其对应的 LdDI? / dt 具有与误差电流矢 ? ? 量 DI 方向相反的最小分量，以确保电流矢量 I 在跟踪指令电流矢量 I? 的同时，限制电流变化率。
k
*

? DI ? I W

规则 2：当时，原有的不切换，从而在限制平均开关频率的同时，增加了 SVPWM 的稳定性。

? DI ? I W

? Uk

3.2 内环脉宽调制技术
4 空间矢量PWM(SVPWM)控制
? ?* ? dDI L ? U -U 如左上所示虚线为误差电流变化率矢量。 di ? ?

? 若 DI ? I W ，按照规则1，首先考虑 dDI / dt 模较小的空 ? 间电压矢量 U k。显然指令电压矢量所在区域对应的三角形 ? ? ? ? 边界矢量满足要求，即： U 0 U1 U 7 U 2可以选择。

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4 空间矢量PWM(SVPWM)控制
? U3

b

II

? U2
I

III

? ? 矢量考虑矢量 dDI 和 / dt DI 方向始终相反，因此只能选 ? 择矢量 U1 。

? U4
IV
? U5

3 4 5

2

?* U

DI
V

1 ?6 VI

? U1

a

? U6

c

3.2 内环脉宽调制技术
4 空间矢量PWM(SVPWM)控制
? U3

b
II III

? U2
I

? ? 矢量考虑矢量 dDI 和 / dt DI 方向始终相反，因此只能选 ? 择矢量 U 2 。

? U4
IV
? U5

? 3 DI 2
4 5 6 1

? U*

? U1
VI

a

V

? U6

c

3.2 内环脉宽调制技术
4 空间矢量PWM(SVPWM)控制
?矢量选择表

3.2 内环脉宽调制技术
4 空间矢量PWM(SVPWM)控制
?矢量区域定位

的区域，我们就 ? Uk 。可以确定应该选择哪个电压矢量 ? DI 矢量区域的选择 ? 误差电流矢量 DI 区域的选择可以通过三相误差电流的瞬
时值的正负判断，参照下图，如下表所示。

?* 按照以上的分析，我们只要确定了U

? DI

3.2 内环脉宽调制技术
4 空间矢量PWM(SVPWM)控制

? U3

b
II

? U2
I 2 1 6
? U*

Y
? U4
III

IW
4 IV
? U5

3 5

Z
V

X

? U1

a

VI

? U6

c

3.3 外环控制技术
1 前言
外环控制的主要任务是保证装置实现预定功能，并具有较好的动态和静态性能。此外，装置在并联扩容时还有附加的均流控制。下面以UPS不间断电源为例来介绍。

3.3 外环控制技术
2 UPS基本原理
?

UPS的概念

UPS (uninterruptible power supply)即不间断电源，主要用于给重要设备提供不间断电能供应；
当市电输入正常时，UPS将市电整流通过逆变器或直接稳压后提供给负载供电，此时的UPS是一台交流稳压器，同时向机内蓄电池充电；当市电发生中断时，UPS立即将电池的电能通过逆变器向负载供电，使负载在一段时间内维持正常工作；

3.3 外环控制技术
2 UPS基本原理
?

UPS的基本结构

3.3 外环控制技术
2 UPS基本原理
?

后备式UPS

3.3 外环控制技术
2 UPS基本原理
?

双变换在线式UPS

3.3 外环控制技术
3 UPS主电路
UPS采用的逆变器主要电路结构有全桥式、半桥式及推挽式；小容量UPS多用推挽式结构，中大容量多用全桥式；根据需要，UPS也有隔离型和非隔离型。 UPS输出电压控制也就是逆变器输出电压控制，无特殊之处。因此，作为UPS控制而言，可以参考恒压恒频逆变器输出电压控制方法。

3.3 外环控制技术
3 UPS主电路
?

逆变器主电路结构

3.3 外环控制技术
3 UPS主电路内环控制
?

逆变器内环控制方法

3.3 外环控制技术
4 UPS主电路外环控制
?

逆变器外环波形控制方

法

分为开环控制和闭环控制，一般来说，对于负载变化不大、中小容量场合，开环控制也用的比较多。
外环波形控制主要是为了保证UPS逆变器输出电压频率、波形、幅值满足指标要求。通常UPS输出电压要求同配电网电压要求相同：50±0.2Hz、380/220V(±7％)、THDu<5%。

3.3 外环控制技术
4 UPS主电路外环控制
?

引起输出电压偏差的因素

如右图，引起输出电压偏差主要原因有：负荷电流在内阻抗上的波动、电力电子器件的非线性、死区时间、输入电压的波动等。

3.3 外环控制技术
4 UPS主电路外环控制
? 瞬时值内环平均值外环的双环控制

3.3 外环控制技术
4 UPS主电路外环控制
? 同步锁相技术

为了避免UPS的逆变器与市电切换的时候对负载和电网产生大的冲击，需要控制逆变器输出电压的幅值、相位、频率与市电基本相同，此时，逆变器需要跟踪市电的频率和相位；

3.3 外环控制技术
5 UPS并联控制
? 并联使用的目的及难点
? ? ?

UPS扩容需要多台并联；
负荷对电源要求高，需要冗余电源；由于 UPS 静态和动态特性不一致，设备在负荷正常运行及波动时，电流将不平衡，由于 UPS 主电路的过流能力不强，对均流要求非常高，

3.3 外环控制技术
5 UPS并联控制
? 并联使用等效电路

3.3 外环控制技术
5 UPS并联控制
? 并联使用电流分配情况 ? UPS电源包括：负荷电流、环流 ? 环流一部分由UPS输出(相位、幅值)不平衡造成，一部分是开关次纹波造成

? 均流控制方法 ? 集中控制 ? 无互连线独立控制