当前课程知识点：现代电力电子技术及应用 > 第1章 PWM逆变电路及其在无功补偿与有源滤波中的应用 > 1.3三相桥式PWM逆变电路 > 1.3三相桥式PWM逆变电路
第三部分
三相桥式电压型PWM逆变电路
SVG与APF采用典型的
三相桥式电压型PWM逆变电路
下面分别从三相桥式逆变电路的特点
SPWM调制方法
及三种坐标系下PWM
逆变器并网的数学模型方面展开
第一部分三相桥式逆变电路与PWM控制
根据电压型PWM逆变电路如图一
我们总结三相电压型
桥式逆变电路的特点如下
一直流侧为电压源
一般并联电容器
直流侧电压基本无脉动
直流回路呈低阻抗
为理解方便
本图画作串联的两个电容器
并标出了假想的中点N’
由于直流电压源的钳位作用
交流侧输出电压波形为矩形波
并且与负载阻抗角无关
由于生产实践中大多数负载为阻感性负载
因此需要提供无功功率
直流侧电容也起缓冲无功能量的作用
为了给交流侧向直流侧
反馈的无功容量提供通道
逆变桥各桥臂都并联了反馈二极管
全控器件通断
通过PWM波来控制
PWM调制方法基于面积等效原理
大小波形不相同的窄脉冲变量
作用于惯性系统时
只要它们的冲量相等
其作用效果基本相同
我们期望逆变器可以变压变频
期望逆变器的输出电压是正弦的
为此可以把一个正弦半波分成N等份
把正弦半波看成有N个彼此相连的脉冲
组成的波形
这些脉冲宽度相等
等于π/N
但幅值不同
且脉冲顶部都不是水平直线
各脉冲的幅值
按正弦规律变化
如果把上述脉冲序列
用同样数量的等幅而不等宽的
矩形脉冲序列替代
矩形脉冲和相应正弦部分的面积相等
就得到图二所示的脉冲序列
这就是PWM波形
可以看出各脉冲的宽度是按正弦规律变化的
像这种脉冲的宽度
按正弦规律变化的PWM波
也成为SPWM波
下面我们将双极性SPWM控制
应用在三相桥式电压型逆变电路中
现以A相为例进行说明
为便于分析
将直流侧电压
Ud等分
并设其中点为N′
当ur>uc时
给上桥臂V1以导通信号
给下桥臂V4以关断信号
则A相相对于直流电源
假想中点N′的输出电压uAN′=Ud/2
当ur 给下桥臂V4以导通信号 给上桥臂V1以关断信号 则A相相对于直流电源中点N′的 输出电压uAN′=-Ud/2 V1和V4的驱动信号始终是互补的 当给V1(V4)加导通信号时 可以是V1V4导通 也可能是二极管VD1VD4导通来续流 这主要是由感性负载中 原来电流的方向和大小来决定 B相和C相的控制方法 与A相相同 A B C三相的PWM控制 通常公用一个三角载波UC 而三相的调制信号 urA urB和urC依次相差120° ABC各相功率开关器件的控制规律相同 三相桥式电压型PWM逆变电路的波形 如图四所示 可以看出 uAN′ uBN′和uCN′的PWM波 都只有Ud/2两种电平 图中的线电压uAB的波形 可由uAN′-uBN′得出 图中的线电压uAB的波形 可由uAN′-uBN′得出 可以看出 当桥臂1和桥臂6导通时 uAB=Ud 当桥臂3和桥臂4导通时 uAB=-Ud 当桥臂1和桥臂3 或桥臂4和桥臂6导通时 uAB=0 因此逆变器的输出线电压PWM波 由Ud和0三种电平构成 由于负载相电压 uAN，由公式1决定 从波形中可以看出负载相电压的PWM波 由±2/3Ud ±1/3Ud 和0五种电平组成 第二部分 PWM三相桥式电压型逆变器的数学模型 为了更好的控制PWM 三相桥式电压型逆变电路的工作过程 我们需要建立其并网数学模型 首先给出PWM逆变器并网示意图五 设线和变压器的阻抗为R+jwL 设交流系统电压对称 可得公式2 三项互差120度 根据PWM调制的原理 设PWM逆变器交流侧输出电压为公式3 即PWM逆变器输出等效为一个 交流电压源 其中入等于二分之一 为双极性调制方式输出电压的最大值 M为调制比 @PWM逆变器交流侧输出电压 与系统交流电压的夹角 此角即前一节所述间接电流控制的@角 根据公示23及基尔霍夫电路定律得公式4 公式四即为PWM 逆变器 并网交流系统在静止坐标系下的数学模型 abc静止坐标系下的 PWM逆变器数学模型为时变系数的微分方程 解析分析比较困难 为了实现功率解耦控制 将其转化为两相静止坐标系 阿法贝塔的数学模型 将其转化为两相静止坐标系下阿法贝塔数学模型 和DQ同步旋转坐标系下的数学模型 将abc静止坐标系三相电压电流瞬时值 通过C32 变化到阿尔法贝塔两向正交坐标系上的关系 如图六所示 因此 因此静止abc坐标系的 PWM逆变器数学模型转化到静止 阿法贝塔两相坐标系下 如公式6 iα iβ分别为PWM逆变器交流侧电流矢量 αβ的轴分量 Usα Usβ 为交流电网矢量的αβ轴分量 U1α U1β 为PWM逆变器输出电压矢量的 αβ轴分量 交流系统电压在abc三相静止坐标系中 与dq同步旋转坐标系中的关系 如图7所示 根据等量坐标变化 Park变换矩阵为 T3s/2r为公式7 将式7带入式4 abc静止坐标系下的关系转化到 dq同步旋转坐标系下得公式8 假设三相交流系统是对称的 则交流系统中无零序分量 则公式8可以表示为公式9 式中id iq 分别为PWM逆变器交流电流矢量 Idq0的d轴和q轴分量 式中id iq 分别为PWM逆变器交流电流矢量 Idq0的d轴和q轴分量 USDUSQ分别为交流电网电压 矢量Usdq0的dq轴分量 Wu1d u1q 分别为PWM逆变器输出电压矢量 U1dq0的dq轴分量 注意上述六分量为直流值 适合P或PI调节器来控制 本节针对PWM三相电压型逆变电路中 双极性SPWM的工作原理 及其数学模型进行了分析 为SVG和APF的功能实现提供了理论基础
-1.1无功补偿与有源滤波概述
-1.2SVG与APF关键技术
-1.3三相桥式PWM逆变电路
-1.4瞬时功率计算方法
-1.5谐波和无功电流的实时检测
-1.6SVG工作原理及应用
-1.7APF系统控制与仿真
-1.8SVG控制技术与仿真
-第一章习题
-2.1 风力发电技术概述
-2.2 风力发电机组
-2.3 双PWM变流器的运行
-2.4 风力机模型
-2.5 双PWM变流器的数学模型
-2.6 DFIG的数学模型
-2.7 DFIG的控制策略
-2.8 PMSG的数学模型
-2.9 PMSG的控制策略
-第二章习题
-3.1 柔性直流输电系统概述
-3.2 柔性直流输电的拓扑结构
-3.3 子模块的拓扑结构及工作原理
-3.4 MMC的调制方法——NLM
-3.5 MMC的调制方法——PWM
-3.6 MMC-HVDC的建模
-3.7 MMC的谐波分析
-3.8 MMC的均压均流控制
-3.9 柔直换流器的控制系统
-第三章习题
-4.1 蓄电池储能系统概述
-4.2 双向DC-DC变换电路拓扑
-4.3 双向Buck/Boost变换器工作原理（一）
-4.4 双向Buck/Boost变换器工作原理（二）
-4.5 双向Buck/Boost变换器数学模型
-4.6 蓄电池模型
-4.7 基于双向Buck/Boost变换器的BESS充放电控制
--4.7 基于双向Buck/Boost变换器的BESS充放电控制
-第四章习题
-5.1 电力电子变压器及隔离型DC-DC变换器概述
--5.1 电力电子变压器及隔离型DC-DC变换器概述（上）
--5.1 电力电子变压器及隔离型DC-DC变换器概述（下）
-5.2 双有源桥式变换器拓扑及工作原理
-5.3 双有源桥式变换器最小无功功率控制
-5.4 双有源桥式变换器软开关技术
-5.5 双有源桥式变换器在直流电力电子变压器中的应用
-5.6 双有源桥式变换器在交流电力电子变压器系统中的应用
--5.6 双有源桥式变换器在交流电力电子变压器系统中的应用（上）
--5.6 双有源桥式变换器在交流电力电子变压器系统中的应用（下）
-第五章习题
