摘要：主要介紹了Bode定理，以此為理論基礎(chǔ)，介紹了逆變器建模，電壓環(huán)反饋控制設(shè)計等。

關(guān)鍵詞：Bode定理；Bode圖；回路增益

1控制理論基礎(chǔ)

1．1回路增益

對于一般負(fù)反饋控制系統(tǒng)，其閉環(huán)系統(tǒng)方框圖如圖1所示。閉環(huán)傳遞函數(shù)C（s)/R(s)=G(s)/[1+G(s)H(s)]，其特征方程式為F(s)=1＋G(s)H(s)=0，特征方程式的根即為系統(tǒng)的閉環(huán)極點。由此方程式可以看出G(s)H(s)項，其包含了所有關(guān)于閉環(huán)極點的信息，一般稱G(s)H(s)為回路增益。實際應(yīng)用中，可通過對回路增益Bode圖的分析來設(shè)計系統(tǒng)的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，以達(dá)到閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性要求。

1．2Bode定理

1引言

近年來，隨著我國城市人口的膨脹、國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和環(huán)保節(jié)能理念的推進(jìn)，軌道交通升溫已成為不爭的事實。軌道車輛按照其供給電壓有DC750V、DC1500V、AC25000V等等。在電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的強(qiáng)力支持下，交流傳動系統(tǒng)以其固有的優(yōu)越性，在軌道牽引領(lǐng)域、尤其是在地鐵等原來由直流電網(wǎng)供電的電動車組中的應(yīng)用得到迅猛發(fā)展。本文以阿爾斯通公司的車輛為例，介紹用于地鐵、輕軌等的DC1500V供電的中壓牽引變頻器。

2系統(tǒng)構(gòu)成

阿爾斯通ONIXTM驅(qū)動系統(tǒng)是一種標(biāo)準(zhǔn)化的驅(qū)動產(chǎn)品，主要包括ONIXTMIGBT變頻器、AGATE控制電子裝置和ONIXTM牽引電動機(jī)。如運(yùn)行于上海明珠線的是阿爾斯通MetropolisTM列車。列車采用4動2拖編組方式，每輛動車裝備一套牽引變頻器。包括ONIXTM1500逆變器模塊、ONIXTM交流電機(jī)和AGATE控制電子裝置。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

高壓供電開關(guān)(HVSS):

三檔位置:位置P—牽引變頻器由接觸網(wǎng)供電;

摘要:針對越來越多不平衡負(fù)載嚴(yán)重影響電網(wǎng)電能質(zhì)量的問題，從逆變器結(jié)構(gòu)本身出發(fā)，提出了五種不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，分別是帶分裂電容的三相逆變器、帶NFT的三相逆變器、帶D/yn變壓器的三相逆變器、組合式三相逆變器、三相四橋臂逆變器，并且對這五種逆變器的結(jié)構(gòu)特點、優(yōu)缺點進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。根據(jù)不平衡負(fù)載出現(xiàn)的情況，可以合理的進(jìn)行選擇。這些逆變器在三相平衡負(fù)載、三相不平衡負(fù)載等多種情況下都能夠保持良好的動態(tài)特性和電壓輸出特性。

關(guān)鍵詞:電能質(zhì)量;不平衡負(fù)載;三相逆變器;動態(tài)特性

電力系統(tǒng)主要由兩部分組成:一部分是對稱電路，另外一部分是不對稱電路。普通的對稱三相交流電指的是系統(tǒng)會產(chǎn)生三相幅值相等，相位互差120°的三相正弦交流波形。但是電力系統(tǒng)在實際運(yùn)行過程中，因為各種原因，例如電線桿倒塌、線路斷路等，都會造成系統(tǒng)輸出的三相交流電不再對稱，整個系統(tǒng)的所有過程，例如電力發(fā)電、輸送電能、分配電能等，都會受到嚴(yán)重的影響，形成嚴(yán)重的后果［1］。普通的三相電路會產(chǎn)生不對稱三相交流電的原因主要包括兩個方面:第一種情況，系統(tǒng)所給定的三相電源本身就是不對稱的。這種情況指的是電力系統(tǒng)中的A，B，C各相電動勢處于不對稱狀態(tài)，此時，無論系統(tǒng)承接的三相負(fù)載阻抗值相等或者不相等，此時產(chǎn)生的電壓波形都是不對稱的三相正弦波。第二種情況，電力系統(tǒng)所連接的三相負(fù)載處于不對稱狀態(tài)。這種情況主要是由以下原因造成的［2－4］:第一，三相負(fù)載的阻抗值不相等。第二，電力系統(tǒng)處于比較惡劣的環(huán)境(整個線路產(chǎn)生短路或者斷路等故障)下，造成三相負(fù)載不再相等。三相負(fù)載處于不平衡狀態(tài)時，電力系統(tǒng)就會形成負(fù)序以及零序分量。此時，如果三相電源的阻抗值恒等于零，電力系統(tǒng)的功能就不會受到影響。然而，電力系統(tǒng)中的電源內(nèi)部都會存在實際的電抗，必定會引起輸出電壓不再對稱。三相電壓處于不平衡狀態(tài)體現(xiàn)在:1)A，B，C三相電壓的幅值不相等;2)三者的相位不再對稱，產(chǎn)生了一定的偏移;3)上述兩種情況都存在。電力網(wǎng)絡(luò)在實際運(yùn)行中，經(jīng)常會出現(xiàn)三相負(fù)載處于不平衡的情況，有時甚至?xí)a(chǎn)生非線性負(fù)載。普通的三相電壓型逆變器產(chǎn)生的三相電壓耦合十分緊密，所以，沒有辦法產(chǎn)生對稱的三相交流波形，如果需要解決非線性負(fù)載的問題，必須將高次諧波產(chǎn)生的嚴(yán)重影響考慮其中。為了解決這些問題，查閱大量資料，解決方案是改變普通逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，主要包括以下幾種。

1帶分裂電容的三相逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

帶分裂電容的三相逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見圖1.這個逆變器的結(jié)構(gòu)特點是:中間包含兩個串聯(lián)在一起的電容，電源Udc與兩個電容行成的電路進(jìn)行并聯(lián)，在兩個串聯(lián)的電容之間有一條連接線，這樣的結(jié)構(gòu)使得帶分裂電容的三相逆變器能夠進(jìn)行三相四線輸出。由于帶分裂電容的三相逆變器在結(jié)構(gòu)上相當(dāng)于將3個相同的半橋電路相互串聯(lián)，因此，當(dāng)它連接三相不對稱負(fù)載時仍然能夠產(chǎn)生對稱的三相電壓波形［5］。這個逆變器的優(yōu)點主要是:第一，這個逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相對比較簡單;第二，這個逆變器中包含比較少的電子元器件。由于在兩個相互串聯(lián)的電容之間引出了一根連接線，相當(dāng)于第四條連接線，系統(tǒng)中產(chǎn)生的中性電流就會從第四條連接線中通過，這就要求電力系統(tǒng)中電容的數(shù)值必須準(zhǔn)確，才能確保系統(tǒng)產(chǎn)生更高的電能質(zhì)量，電容器的存在相應(yīng)地會增加整個逆變器的體積。這個逆變器也存在一定的缺點，通過計算可以得到，它對直流母線電壓的使用率是比較低的，基本上只能達(dá)到50%的利用率，因此，這個拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)基本上被應(yīng)用在中型或者小型功率的設(shè)備中。

2帶NFT的三相逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)帶

1工藝要求

煉鋼轉(zhuǎn)爐氧槍電機(jī)目前多采用交流電動機(jī)，交流電源正常時由變頻器供電，實現(xiàn)氧槍的下降、吹氧、提升的調(diào)速運(yùn)行;交流電源事故停電時必須由另一套應(yīng)急電源供電，緊急提升氧槍，防止發(fā)生設(shè)備事故。

根據(jù)某鋼廠煉鋼轉(zhuǎn)爐的工藝要求，在交流事故停電時應(yīng)急電源需要供電的負(fù)載為:

(1)氧槍電機(jī)1臺，電壓380V，容量55kW;

(2)氧槍抱閘電機(jī)1臺，電壓380V，容量0.33kW;

(3)轉(zhuǎn)爐抱閘電機(jī)4臺，電壓380V，

摘要：介紹了采用實際控制器輸出的PWM開關(guān)邏輯信號定義正、負(fù)半橋開關(guān)函數(shù)，建立逆變器的Simulink實時模型。該模型既可實現(xiàn)電力驅(qū)動實時仿真系統(tǒng)中逆變器與電機(jī)模型的解耦，又可以確定逆變器開關(guān)死區(qū)時間。還給出了基于dSPACE實時仿真環(huán)境的逆變器-異步電機(jī)實時仿真系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，針對開關(guān)頻率為1kHz的逆變器，采樣周期為11μs的實時仿真與仿真步長為100ns的離線仿真結(jié)果無明顯差別。

關(guān)鍵詞：逆變器開關(guān)函數(shù)實時仿真

在交通和某些工業(yè)領(lǐng)域中的電力驅(qū)動系統(tǒng)的研制過程中，直接使用實際電機(jī)系統(tǒng)對新的控制器進(jìn)行測試，實現(xiàn)起來比較困難，而且費用較高。因此，需要介于離線仿真和實機(jī)試驗之間的逆變器-交流電機(jī)實時仿真器，與實際控制器硬件相連，在閉環(huán)條件下對實際控制器進(jìn)行實時測試。由于這種實時仿真系統(tǒng)回路中有實際控制器硬件介入，因此被稱為硬件在回路仿真（Hardware-in-the-LoopSimulation）。

盡管在真實系統(tǒng)上進(jìn)行試驗是必不可少的，但是由于采用實機(jī)難以進(jìn)行極限與失效測試，而采用實時仿真器可以自由地給定各種測試條件，測試被測控制器的性能，因此實時仿真器可作為快速控制原型（RapidControlPrototyping）的虛擬試驗臺，在電機(jī)、逆變器、電源和控制器需要同時工作的并行工程中必不可少。

圖1電源-濾波-逆變器-交流電機(jī)系統(tǒng)

由于目前數(shù)字計算機(jī)處理速度的限制，不能實現(xiàn)亞微秒級物理模型實時仿真，需要對逆變器開關(guān)過程進(jìn)行理想化處理，因此引入了離散事件系統(tǒng)。離散事件逆變器子系統(tǒng)與連續(xù)時間電機(jī)子系統(tǒng)耦合，使變流器-電機(jī)實時仿真器成為變因果和變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。變因果是指離散開關(guān)事件發(fā)生前后，描述連續(xù)時間電機(jī)子系統(tǒng)的動態(tài)方程的輸入變量與輸出變量會變換位置；變結(jié)構(gòu)是指在仿真進(jìn)程中，離散開關(guān)事件引發(fā)狀態(tài)轉(zhuǎn)換，使連續(xù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。因而需要對動態(tài)方程不斷地進(jìn)行調(diào)整和初始化[1]。

一、水力發(fā)電系統(tǒng)簡介

水力發(fā)電系統(tǒng)由發(fā)電機(jī)、AC/DC轉(zhuǎn)換、PWM逆變器、LCL濾波器組成。發(fā)電機(jī)使用異步電機(jī)，異步電機(jī)并網(wǎng)發(fā)電是利用電網(wǎng)提供以同步轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動的旋轉(zhuǎn)磁場,在轉(zhuǎn)差率為負(fù)值的工況下,其磁力矩與轉(zhuǎn)速方向相反,機(jī)械力矩方向與轉(zhuǎn)速方向相同,磁力矩作負(fù)功,機(jī)械力矩作正功(轉(zhuǎn)化為電能),向電網(wǎng)輸出電能。常用作發(fā)電的一般為三相鼠籠式異步電機(jī),三相繞線式異步電機(jī)和單相電容式異步電機(jī)也可作為發(fā)電使用,但技術(shù)性指標(biāo)差。電能經(jīng)PWM逆變器后變?yōu)檎艺{(diào)制波，這時的電能含有大量的高次諧波，為了減少諧波污染，加入LCL濾波器。

二、電力系統(tǒng)諧波危害

并網(wǎng)系統(tǒng)的電能質(zhì)量主要取決于輸出電流的質(zhì)量，為了能夠給電網(wǎng)提供高質(zhì)量的電能，并網(wǎng)逆變器的電流控制發(fā)揮了重要的作用，因此，對并網(wǎng)發(fā)電用三相逆變器研究就顯的尤為重要。

由于三相PWM逆變器具有功率因數(shù)高，效率高等諸多優(yōu)點，因此在可再生能源的并網(wǎng)發(fā)電中得到廣泛應(yīng)用。但是三相PWM逆變器在其開關(guān)頻率及開關(guān)頻率的整數(shù)倍附近，產(chǎn)生的高次諧波注入到電網(wǎng)中，會產(chǎn)生諧波污染，這將對電網(wǎng)上的其他電磁敏感的設(shè)備產(chǎn)生干擾。

諧波對電力系統(tǒng)和其它用的設(shè)備可能帶來非常嚴(yán)重的影響，主要危害可歸納為：

摘要：研究了一種基于雙環(huán)控制和重復(fù)控制的逆變器控制技術(shù)，該方案在電流環(huán)和瞬時電壓環(huán)之外附加了一個重復(fù)控制環(huán)。在實現(xiàn)輸出電壓解耦和擾動電流補(bǔ)償后，根據(jù)無差拍原理設(shè)計的雙環(huán)控制器使逆變器達(dá)到了很快的動態(tài)響應(yīng)速度；位于外層的重復(fù)控制器則提高了穩(wěn)態(tài)精度。該方案在一臺基于DSPTMS320F240控制系統(tǒng)的PWM逆變器上得到驗證。

關(guān)鍵詞：逆變器；雙環(huán)；無差拍；重復(fù)控制

引言

隨著閉環(huán)調(diào)節(jié)PWM逆變器在中小功率場合中的大量使用，對其輸出電壓波形的要求也越來越高。高質(zhì)量的輸出波形不僅要求穩(wěn)態(tài)精度高而且要求動態(tài)響應(yīng)快。

傳統(tǒng)的單閉環(huán)系統(tǒng)無法充分利用系統(tǒng)的狀態(tài)信息，因此，將輸出反饋改為狀態(tài)反饋，在狀態(tài)空間上通過合理選擇反饋增益矩陣來改變逆變器一對太接近s域虛軸的極點，增加其阻尼，能達(dá)到較好的動態(tài)效果[1]。單閉環(huán)在抵抗負(fù)載擾動方面與直流電機(jī)類似，只有當(dāng)負(fù)載擾動的影響最終在輸出端表現(xiàn)出來以后，才能出現(xiàn)相應(yīng)的誤差信號激勵調(diào)節(jié)器，增設(shè)一個電流環(huán)限制啟動電流和構(gòu)成電流隨動系統(tǒng)也可以大大加快抵御擾動的動態(tài)過程[2]。瞬時值反饋采取提高系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)的方法消除跟蹤誤差，但靜態(tài)特性不佳，而基于周期的控制是通過對誤差的周期性補(bǔ)償，實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)無靜差的效果，它主要分為重復(fù)控制[3]和諧波反饋控制[4]。

本文提出了一種基于雙環(huán)控制和重復(fù)控制的逆變器控制方案，兼顧逆變器動靜態(tài)效應(yīng)，另外使用狀態(tài)觀測器提高數(shù)字控制系統(tǒng)性能。

摘要：介紹了變頻器控制電路結(jié)構(gòu)及其抗干擾措施，同時分析了變頻器的幾種常見故障。

關(guān)鍵詞：變頻器控制電路干擾

1、引言

隨著變頻器在工業(yè)生產(chǎn)中日益廣泛的應(yīng)用，了解變頻器的結(jié)構(gòu)，主要器件的電氣特性和一些常用參數(shù)的作用及其常見故障對于實際工作越來越重要。

2、變頻器控制電路

給異步電動機(jī)供電（電壓、頻率可調(diào)）的主電路提供控制信號的網(wǎng)絡(luò)，稱為控制回路，控制電路由頻率，電壓的運(yùn)算電路，主電路的電壓，電流檢測電路，電動機(jī)的速度檢測電路，將運(yùn)算電路的控制信號進(jìn)行放大的驅(qū)動電路，以及逆變器和電動機(jī)的保護(hù)電路等組成。無速度檢測電路為開環(huán)控；在控制電路增加了速度檢測電路，即增加速度指令，可以對異步電動機(jī)的速度進(jìn)行更精確的閉環(huán)控制。

1.1直流輸電系統(tǒng)可以從如下兩個方面調(diào)節(jié)輸送的直流電

和直流功率：

1)調(diào)節(jié)整流器的觸發(fā)滯后角或逆變器的觸發(fā)超前角，即調(diào)節(jié)加到換流閥控制極或柵極的觸發(fā)脈沖的相位，簡稱控制極調(diào)節(jié)。

2)調(diào)節(jié)換流器的交流電勢，一般靠改變換流變壓器的分接頭來實現(xiàn)。

用控制極進(jìn)行調(diào)節(jié)，不但調(diào)節(jié)范圍大，而且非常迅速，是直流輸電系統(tǒng)的主要調(diào)節(jié)手段。調(diào)節(jié)換流變壓器分接頭則速度緩慢且范圍有限，所以只作為控制極調(diào)節(jié)的補(bǔ)充。

1.2控制極調(diào)節(jié)方式

摘要：介紹了一種基于諧波補(bǔ)償?shù)哪孀兤鞑ㄐ慰刂萍夹g(shù)，分析了系統(tǒng)的工作原理，詳細(xì)探討了控制系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計方法，并得出了試驗結(jié)果。

關(guān)鍵詞：諧波補(bǔ)償；逆變器；波形控制

引言

逆變器是一種重要的DC/AC變換裝置。衡量其性能的一個重要指標(biāo)是輸出電壓波形質(zhì)量，一個好的逆變器，它的輸出電壓波形應(yīng)該盡量接近正弦，總諧波畸變率（THD）應(yīng)該盡量小。在實際應(yīng)用中逆變器經(jīng)常需要接整流型負(fù)載，在這種情況下僅僅采用SPWM調(diào)制技術(shù)的逆變器，其輸出電壓波形就會產(chǎn)生很大的畸變。

為了得到THD小的輸出電壓，波形控制技術(shù)近年來得到了極大的發(fā)展。重復(fù)控制[1]是近年來研究得比較多的一種控制方案。本文從諧波補(bǔ)償?shù)慕嵌瘸霭l(fā)，采用改進(jìn)型FFT算法對輸出電壓誤差信號進(jìn)行實時頻譜分析，把由軟件算法產(chǎn)生的經(jīng)過預(yù)畸變的諧波信號注入逆變器，由此達(dá)到抑制非線性擾動從而校正輸出電壓波形的目的。

1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理分析