基于分數(shù)階控制的雙pwm變頻器一體化協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于分數(shù)階控制的雙PWM變頻器一體化協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)對模塊化多電平雙PWM變頻器系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制。該系統(tǒng)包括網(wǎng)側(cè)變流單元、負載側(cè)變流單元、PWM調(diào)制波、信息交互單元、控制器單元。其中，控制器單元的控制基于PIλDμ進行，以實現(xiàn)具體參數(shù)的調(diào)節(jié)。該系統(tǒng)在負載電流前饋的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)直接控制電容電流的協(xié)調(diào)控制，其中電壓環(huán)和電流環(huán)的分數(shù)階控制器采用分數(shù)階PIλDμ控制。系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)和逆變側(cè)變流器單元均由模塊化多電平換流器組成，二者在電網(wǎng)側(cè)和負載側(cè)以背靠背對稱拓撲構(gòu)成雙PWM變頻器。本發(fā)明從變頻調(diào)速系統(tǒng)整體角度出發(fā)，基于整流、逆變的耦合關(guān)系，通過負載電流前饋控制和電容電流內(nèi)環(huán)控制方法，實現(xiàn)網(wǎng)側(cè)和逆變側(cè)的變流器協(xié)調(diào)控制，提高了系統(tǒng)可靠性和動態(tài)特性，系統(tǒng)經(jīng)濟性和安全性較好，能源利用率高。
【專利說明】基于分數(shù)階控制的雙PWM變頻器一體化協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力電子與電力傳動【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于分數(shù)階控制的雙PWM變頻器一體化協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電力電子器件、現(xiàn)代控制理論、計算機技術(shù)的發(fā)展，交流電機變頻調(diào)速技術(shù)的控制性能得到大幅度地提高，變頻調(diào)速已成為當(dāng)代交流電機調(diào)速的潮流，在工業(yè)控制的各個領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。
[0003]目前高壓多電平交-直-交變頻器的逆變電路拓撲主要有:功率器件串聯(lián)結(jié)構(gòu)、二極管箝位型結(jié)構(gòu)、飛跨電容型結(jié)構(gòu)、單元串聯(lián)級聯(lián)結(jié)構(gòu)。功率器件串聯(lián)結(jié)構(gòu)是滿足系統(tǒng)容量要求的一個簡單直觀的方法，但存在動態(tài)均壓問題，使系統(tǒng)損耗增加、效率下降，且較大的共模電壓影響電動機的絕緣；二極管箝位型結(jié)構(gòu)雖解決了功率器件串聯(lián)的均壓問題，輸出電壓和電流總諧波畸變率也都大大減小，但存在箝位二極管耐壓要求高，不利于實現(xiàn)更高電平，另外由于存在開關(guān)器件的導(dǎo)通負荷不一致，致使各個電容的充電時間不同，將形成不平衡的電容電壓；飛跨電容型結(jié)構(gòu)是采用直流電容代替箝位二極管，通過在同一電平上不同開關(guān)的組合，使直流側(cè)電容電壓保持均衡，但這種結(jié)構(gòu)隨著電平數(shù)量的增加，所需電容的個數(shù)劇增，另外純無功負載時，存在飛跨電容電壓不平衡問題。上述拓撲結(jié)構(gòu)因受功率器件耐壓等級的限制，輸出電壓的等級不高，難以適用于6?IOkV的高壓電機。
[0004]級聯(lián)型高壓變換器通過若干低壓功率單元的串聯(lián)、冗余設(shè)計，可合成輸出所期望的高電壓。由于電路結(jié)構(gòu)高度模塊化，且模塊具有互換性，這些特點使級聯(lián)型變換電路具有很強的擴展性和靈活性，因此在高壓大容量的電氣傳動應(yīng)用領(lǐng)域成為近十年來持續(xù)研究熱點。其中，級聯(lián)型H橋逆變器作為多電平變頻器的主流拓撲，在冶金、礦山、造紙等行業(yè)得到應(yīng)用。級聯(lián)型H橋每個功率單元均需要獨立的低壓直流工作電源，因此需要由多繞組輸出的移相變壓器來提供獨立電源，盡管移相變壓器能夠使變流器與電網(wǎng)之間電氣隔離，并通過多重化技術(shù)大大改善電網(wǎng)側(cè)的電流諧波，但電平數(shù)越多，需要變壓器副邊繞組也越多，而多繞組變壓器體積大，制造困難，增加了工程應(yīng)用成本，尤其在船舶、機車等一些空間、體積甚至重量都有要求的場合，成為制約其廣泛應(yīng)用的一個重要因素。無工頻變壓器級聯(lián)式多電平變換器采用的電路拓撲取消了輸入端的工頻變壓器，輸入端通過整流模塊直接級聯(lián)，在整流模塊后利用可實現(xiàn)雙向流動的高頻DC-DC變換電路實現(xiàn)輸入和輸出的隔離與變換，由于高頻變壓器的鐵芯小、功率密度大，使得整個變流器體積大大減小，但是增加的DC-DC環(huán)節(jié)會使整個變換器的損耗增大，控制也更加復(fù)雜。
[0005]近幾年,模塊化多電平變換器(Modular Multilevel Converter,MMC)受到了越來越廣泛的關(guān)注，它秉承了 H橋級聯(lián)結(jié)構(gòu)模塊化的優(yōu)點，通過功率單元的級聯(lián)實現(xiàn)多電平輸出。每個功率單元由一個兩電平橋臂構(gòu)成，且所有的電容處于懸浮狀態(tài)，由于存在公共直流母線，可采用單一直流電壓而不需要多繞組變壓器。MMC每個橋臂子模塊可以進行有選擇的控制，從而可將其等效為一個可控電壓源，MMC的每相中兩個橋臂的電壓之和等于直流母線電壓，通過控制每個橋臂子模塊導(dǎo)通狀態(tài)，就可以在輸出端得到所需的正弦電壓。
[0006]目前電壓源型交-直-交高壓變頻器，其整流側(cè)大都采用多重化技術(shù)以實現(xiàn)高壓直流輸出，整流單元采用大功率二極管，因能量不能反饋至電網(wǎng)，這種變頻器不能直接用于像高速電梯，礦用提升機等需要快速啟動、制動，頻繁正反轉(zhuǎn)的調(diào)速系統(tǒng)，同時還存在網(wǎng)側(cè)電流波形畸變嚴重，含有大量的低次諧波，形成電力公害等問題。
[0007]目前應(yīng)用的通用型變頻器，存在著網(wǎng)側(cè)電流諧波污染大、能量不可逆，直流側(cè)電容體積龐大、容易損壞等問題。并且，目前雙PWM變頻器其整流側(cè)與逆變側(cè)的控制系統(tǒng)是兩個相互獨立的系統(tǒng)，整流側(cè)的控制以實現(xiàn)網(wǎng)側(cè)電流正弦化和直流側(cè)電壓穩(wěn)定為目的，而逆變側(cè)的控制以實現(xiàn)交流電機高性能的變頻調(diào)速技術(shù)。兩系統(tǒng)依靠中間直流環(huán)節(jié)相聯(lián)系，在負載出現(xiàn)大的波動或頻繁啟、制動過程中，負載的變化信息無法及時反映到整流側(cè)控制中，只能依賴中間大容量的電容實現(xiàn)功率的平衡。由于大容量電容的存在，影響了系統(tǒng)動態(tài)快速性能和可靠性等。
[0008]文獻“雙PWM變頻器及其協(xié)調(diào)控制技術(shù)研究”分析了基于傳統(tǒng)IGBT器件和PWM技術(shù)的整流器和逆變器的協(xié)調(diào)控制，但是該文獻并未涉及MMC拓撲技術(shù)。專利號為CN201010234083.2，名稱為“基于MMC無變壓器的四象限高壓變頻電源拓撲結(jié)構(gòu)”的發(fā)明專利申請設(shè)計了一種基于MMC的變頻電源結(jié)構(gòu)，但是該專利并未考慮系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制，尤其是整流器和逆變器二者之間的耦合關(guān)系和交互影響。專利號為CN201210102796，名稱為“基于MMC無移相變壓器的四象限高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)拓撲”的發(fā)明專利申請?zhí)岢隽艘环N基于MMC無移相變壓器的四象限高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)拓撲，但是該專利同樣未考慮系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制。
[0009]目前，采用基于一體化控制方法的模塊化多電平雙PWM變頻器的變頻器系統(tǒng)還未見報道。并且，目前關(guān)于變頻器系統(tǒng)中的建模和控制技術(shù)的研究，主要針對整數(shù)階次系統(tǒng)模型和控制進行分析，具有一定的局限性?，F(xiàn)有的系統(tǒng)理論中基本是把控制系統(tǒng)和對象作為整數(shù)階系統(tǒng)來考慮，而現(xiàn)實中存在的系統(tǒng)或多或少都是非整數(shù)階次的，即分數(shù)階次，因此利用分數(shù)階次的微積分方程對系統(tǒng)進行描述將更加準(zhǔn)確、更接近系統(tǒng)實際情況。
[0010]綜上所述，考慮到目前高壓變頻器存在的問題，需要一種新的變頻器系統(tǒng)以解決上述問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011 ] 為克服上述缺陷，本發(fā)明提供了 一種基于分數(shù)階控制的雙PWM變頻器一體化協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于MMC拓撲和分數(shù)階控制器，通過考慮整流器和逆變器二者之間的耦合關(guān)系和交互影響，從而實現(xiàn)模塊化多電平雙PWM變頻器系統(tǒng)的一體化優(yōu)化控制
[0012]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種基于分數(shù)階控制的雙PWM變頻器一體化協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，其改進之處在于，所述系統(tǒng)包括:包括網(wǎng)側(cè)變流單元、負載側(cè)變流單元、PWM調(diào)制波
I單元、PWM調(diào)制波II單元、信息交互單元、控制器I單元、控制器II單元。所述網(wǎng)側(cè)變流單元和負載側(cè)變流單元由模塊化多電平換流器組成，二者在電網(wǎng)側(cè)和負載側(cè)以背靠背對稱拓撲構(gòu)成雙PWM變頻器，其中:
[0013]網(wǎng)側(cè)變流單元:與電網(wǎng)側(cè)電源、負載側(cè)變流單元、PWM調(diào)制波I單元連接，通過PWM控制獲得電網(wǎng)側(cè)正弦化輸入電流，與PWM逆變器共同構(gòu)成雙PWM變頻器，用于實現(xiàn)交流側(cè)高功率因數(shù)并保持直流環(huán)節(jié)電壓穩(wěn)定，為負載側(cè)變換器提供高精度的穩(wěn)定直流電源；
[0014]負載側(cè)變流單元:與負載側(cè)負載、網(wǎng)側(cè)變流單元、PWM調(diào)制波II單元連接，為負載提供高質(zhì)量的交流供電電源并實現(xiàn)相應(yīng)的速度控制功能；
[0015]PWM調(diào)制波I單元:與網(wǎng)側(cè)變流單元、控制器I單元連接；
[0016]PWM調(diào)制波II單元:與負載側(cè)變流單元、控制器II單元連接；
[0017]控制器I單元:與PWM調(diào)制波I單元、信息交互單元連接；
[0018]控制器II單元:與PWM調(diào)制波II單元、信息交互單元連接；
[0019]信息交互單元:與控制器I單元、控制器II單元連接，用于實現(xiàn)整流/逆變側(cè)的控制器I和逆變/整流側(cè)的控制器II之間的信息交互。[0020]所述的基于分數(shù)階控制的雙PWM變頻器一體化協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)可在負載電流前饋的基礎(chǔ)上，采用電容電流反饋控制的協(xié)調(diào)控制技術(shù)；其中，負載電流前饋控制中的PI分數(shù)階控制器、電容電流反饋控制中的電壓環(huán)分數(shù)階控制器和電流環(huán)分數(shù)階控制器基于分數(shù)階PIaDu控制加以實現(xiàn)。
[0021]所述分數(shù)階控制器的傳遞函數(shù)為:G(s)=Kp+KiS-A+KdSu，其中0〈入≤1，0〈μ ( 1，Kp為比例增益，Ki為積分系數(shù)，Kd為微分系統(tǒng)，λ為積分階次，μ為微分階次。
[0022]所述的基于分數(shù)階控制的雙PWM變頻器一體化協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)有效計及了整流部分和逆變部分之間的物理耦合聯(lián)系，通過控制器實現(xiàn)網(wǎng)側(cè)變流單元和負載側(cè)變流單元的彼此協(xié)調(diào)控制。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明基于分數(shù)階控制的雙PWM變頻器一體化協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢:
[0024]I)電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)可控，甚至達到1，對電網(wǎng)幾乎不產(chǎn)生諧波，為綠色電能變換器；
[0025]2)由于結(jié)構(gòu)的對稱性，可以快速將能量回饋到電網(wǎng)，解決了電動機處于發(fā)電狀態(tài)時由泵升電壓而產(chǎn)生的各種問題；
[0026]3)對直流側(cè)電容要求降低，經(jīng)濟性能和系統(tǒng)的安全性均得到了提高；
[0027]4)在調(diào)速性能上，實現(xiàn)了電動狀態(tài)和制動狀態(tài)之間的平滑和快速過渡，且100%再生能量直接回饋電網(wǎng)，節(jié)約能源，提高能源利用率；
[0028]5)輸入端通過基于MMC多電平整流模塊直接級聯(lián)的方式來減小電力電子器件的電壓應(yīng)力，并取消了傳統(tǒng)的移相式高壓變頻器的工頻變壓器；
[0029]6)由于存在公共直流母線，通過對直流母線電壓的控制實現(xiàn)輸入輸出功率的變換；
[0030]7)與H橋級聯(lián)式多電平變換器相比，大大簡化了電路結(jié)構(gòu)，且使得故障檢測及控制變得簡單；
[0031]8)由于MMC允許使用標(biāo)準(zhǔn)化元件，可以在采用相同器件的前提下向不同的功率和電壓等級擴展，因此用于變頻器等電力拖動場合優(yōu)勢明顯；
[0032]9)本發(fā)明改進了變頻器系統(tǒng)控制中傳統(tǒng)的整數(shù)階PID控制方法。與整數(shù)階PID控制器相比，分數(shù)階PIaDu控制器在系統(tǒng)中具備較好的動、靜態(tài)性能，并且具有較強的魯棒性?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0033]圖1 為本發(fā)明所述基于分數(shù)階控制的雙PWM變頻器一體化協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)示意圖。
[0034]圖2為本發(fā)明所述負載電流前饋控制示意圖。
[0035]圖3為本發(fā)明所述電容電流反饋控制示意圖。
[0036]圖4為本發(fā)明所述按分數(shù)階微積分階次表示的控制器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0037]下面結(jié)合附圖和具體實施例，進一步闡明本發(fā)明。
[0038]需要聲明的是，本
【發(fā)明內(nèi)容】
及【具體實施方式】意在證明本發(fā)明所提供技術(shù)方案的實際應(yīng)用，不應(yīng)解釋為對本發(fā)明保護范圍的限定。本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明的精神和原理啟發(fā)下，可作各種修改、等同替換、或改進。但這些變更或修改均在申請待批的保護范圍內(nèi)。
[0039]圖1為本發(fā)明所述基于分數(shù)階控制的雙PWM變頻器一體化協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)示意圖。本發(fā)明基于分數(shù)階控制的雙PWM變頻器一體化協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，包括網(wǎng)側(cè)變流單元、負載側(cè)變流單元、PWM調(diào)制波單元、信息交互單元、控制器單元，所述網(wǎng)側(cè)變流單元和負載側(cè)變流單元由模塊化多電平換流器MMC組成，二者在電網(wǎng)側(cè)和負載側(cè)以背靠背對稱拓撲構(gòu)成雙PWM變頻器。
[0040]其中，網(wǎng)側(cè)變流單元:與電網(wǎng)側(cè)電源、負載側(cè)變流單元、PWM調(diào)制波I單元連接，通過PWM控制獲得電網(wǎng)側(cè)正弦化輸入電流，與PWM逆變器共同構(gòu)成雙PWM變頻器，用于實現(xiàn)交流側(cè)高功率因數(shù)并保持直流環(huán)節(jié)電壓穩(wěn)定，為負載側(cè)變換器提供高精度的穩(wěn)定直流電源；
[0041]負載側(cè)變流單元:與負載側(cè)負載、網(wǎng)側(cè)變流單元、PWM調(diào)制波II單元連接，為負載提供高質(zhì)量的交流供電電源并實現(xiàn)相應(yīng)的速度控制功能；
[0042]PWM調(diào)制波I單元:與網(wǎng)側(cè)變流單元、控制器I單元連接；PWM調(diào)制波II單元--與負載側(cè)變流單元、控制器II單元連接；控制器I單元:與PWM調(diào)制波I單元、信息交互單元連接；控制器II單元:與PWM調(diào)制波II單元、信息交互單元連接；
[0043]信息交互單元:與控制器I單元、控制器II單元連接，用于實現(xiàn)整流/逆變側(cè)的控制器I和逆變/整流側(cè)的控制器II之間的信息交互。
[0044]所述的基于分數(shù)階控制的雙PWM變頻器一體化協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)可在負載電流前饋的基礎(chǔ)上，采用電容電流反饋控制的協(xié)調(diào)控制技術(shù)；其中，負載電流前饋控制中的PI分數(shù)階控制器、電容電流反饋控制中的電壓環(huán)分數(shù)階控制器和電流環(huán)分數(shù)階控制器采用分數(shù)階PIaDu控制加以實現(xiàn)。所述分數(shù)階控制器的傳遞函數(shù)為:G(s)=Kp+KiS_A+KdSu，其中0〈λ ( 1,0<μ ( 1，Kp為比例增益,Ki為積分系數(shù),Kd為微分系統(tǒng)，λ為積分階次，μ為微分階次。所述的基于分數(shù)階控制的雙PWM變頻器一體化協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)有效計及了整流部分和逆變部分之間的物理耦合聯(lián)系，通過控制器實現(xiàn)網(wǎng)側(cè)變流單元和負載側(cè)變流單元的彼此協(xié)調(diào)控制。
[0045]圖2為本發(fā)明所述負載電流前饋控制示意圖，電流前饋補償點設(shè)置在電壓節(jié)點處，圖2中負載電流k由下式確定:
3
[0046]Il = — 0., A2 + 認 2)⑴
2uac
[0047]式中，ud。為整流器輸入端電壓，id2和iq2為網(wǎng)側(cè)三相電流在d、q軸下的電流分量，Ud2和Uq2為整流器輸入端電壓在d、q坐標(biāo)下的電壓分量。
[0048]將負載電機能量變化信息直接前饋入整流側(cè)控制器，以實現(xiàn)在母線電壓出現(xiàn)誤差前超前對整流器輸出電流進行補償控制，減小電容電壓的波動。圖2虛線框內(nèi)為控制對象。負載電流k的補償項中含有微分算子，反映負載的動態(tài)特性。圖2中，為直流側(cè)電壓給定值，<為整流器輸入端電壓在d軸坐標(biāo)下的電壓分量給定值，為整流器輸入電流在d軸坐標(biāo)下的電流分量給定值，id為網(wǎng)側(cè)電源電壓、電流在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下d軸分量，iinv為逆變器輸出信號乂為d軸坐標(biāo)下的電流給定值，<為d軸坐標(biāo)下的電壓給定值，ω為電源電壓角頻率。
[0049]圖3為本發(fā)明所述電容電流反饋控制示意圖。直接引入電容電流的反饋控制，電容電流給定設(shè)置為€^ = 0，使電容電流緊緊跟隨電容電流給定值并保持恒定，這樣使得在直流環(huán)節(jié)，idc=k，由于沒有電流流入(流出)直流側(cè)電容，即使電容容量很小，直流側(cè)電壓也沒有變化，達到了減小直流電容的目的。
[0050]圖3中，首先利用串級系統(tǒng)內(nèi)回路具有工作頻率高，調(diào)節(jié)迅速的特點，將主要擾動源內(nèi)入電流控制環(huán)內(nèi)。另一方面，引入直流側(cè)電容電流1-作為內(nèi)環(huán)，外環(huán)仍為直流側(cè)電壓控制環(huán)。其快速調(diào)節(jié)原理為:穩(wěn)態(tài)時，4=~，電壓控制器的分數(shù)階控制器輸出G設(shè)置為零，通過閉環(huán)的作用，直流側(cè)電容電流為零。動態(tài)時，由于負載功率(電流)的變化，假設(shè)負載電流突減，則整流側(cè)有向電容充電的趨勢，使Lp > ^^時，此時電流控制器的分數(shù)階控制器發(fā)揮調(diào)節(jié)作用，調(diào)節(jié)網(wǎng)側(cè)變換器占空比，減小整流輸出電流id。，使idc=k，則保持
Icap=Oo
[0051]本發(fā)明分數(shù)階PIaDu控制主要實現(xiàn)PID控制器的精確輸出，利用分數(shù)階次控制可以計算出系統(tǒng)的分數(shù)階次的微分、積分特性，通過分數(shù)階PIaDu得到精確的輸出，從而實現(xiàn)對雙PWM變頻器一體化協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的精確控制，可較易獲得更小的超調(diào)量和調(diào)節(jié)時間，系統(tǒng)魯棒性得到加強。
[0052]本發(fā)明把分數(shù)階PIaDu引入到雙PWM變頻器一體化協(xié)調(diào)控制中，通過選擇適當(dāng)?shù)膮?shù)，可以獲得理想的控制效果。
[0053]圖4為本發(fā)明所述按分數(shù)階微積分階次表示的控制器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。與整數(shù)階PID控制器類似，分數(shù)階PIaDu控制器的傳遞函數(shù)為:
[0054]G(s)=Kp+KiS]+Kdsu0〈X ≤ 1，0〈μ ≤1 (2)
[0055]其中，Kp為比例增益，Ki為積分系數(shù)，Kd為微分系統(tǒng)，λ為積分階次，μ為微分階次。
[0056]由式⑴可知:當(dāng)λ =0, μ =0, G(S)=Kp為整數(shù)階P控制器；當(dāng)λ =0, μ =1,G(s)=Kp++Kds為整數(shù)階PD控制器；當(dāng)λ=1，U=O^(S)=KJKiS-1為整數(shù)階PI控制器；
[0057]當(dāng)λ=1，μ =1，G(S)=KfKiSiKdS為整數(shù)階PID控制器。分數(shù)階PIaDu控制器比傳統(tǒng)整數(shù)階PID控制器多出了 2個任意實數(shù)的變量λ、μ。假設(shè)0〈λ ^ 1,0<μ < 1，則控制器的階次λ和μ可以在O到I的范圍內(nèi)任意取值，使得控制器的調(diào)節(jié)范圍更廣，適應(yīng)性和精度更好。
【權(quán)利要求】
1.一種基于分數(shù)階控制的雙PWM變頻器一體化協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，其特征在于:包括網(wǎng)側(cè)變流單元、負載側(cè)變流單元、PWM調(diào)制波I單元、PWM調(diào)制波II單元、信息交互單元、控制器I單元、控制器II單元，所述網(wǎng)側(cè)變流單元和負載側(cè)變流單元由模塊化多電平換流器(MMC)組成，二者在電網(wǎng)側(cè)和負載側(cè)以背靠背對稱拓撲構(gòu)成雙PWM變頻器，其中: 網(wǎng)側(cè)變流單元:與電網(wǎng)側(cè)電源、負載側(cè)變流單元、PWM調(diào)制波I單元連接，通過PWM控制獲得電網(wǎng)側(cè)正弦化輸入電流，與PWM逆變器共同構(gòu)成雙PWM變頻器，用于實現(xiàn)交流側(cè)高功率因數(shù)并保持直流環(huán)節(jié)電壓穩(wěn)定，為負載側(cè)變換器提供高精度的穩(wěn)定直流電源； 負載側(cè)變流單元:與負載側(cè)負載、網(wǎng)側(cè)變流單元、PWM調(diào)制波II單元連接，為負載提供高質(zhì)量的交流供電電源并實現(xiàn)相應(yīng)的速度控制功能； PWM調(diào)制波I單元:與網(wǎng)側(cè)變流單元、控制器I單元連接； PWM調(diào)制波II單元:與負載側(cè)變流單元、控制器II單元連接； 控制器I單元:與PWM調(diào)制波I單元、信息交互單元連接； 控制器II單元:與PWM調(diào)制波II單元、信息交互單元連接； 信息交互單元:與控制器I單元、控制器II單元連接，用于實現(xiàn)整流/逆變側(cè)的控制器I和逆變/整流側(cè)的控制器II之間的信息交互。
2.根據(jù)權(quán)利 要求1所述的基于分數(shù)階控制的雙PWM變頻器一體化協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，其特征在于:所述一體化控制方法可在負載電流前饋的基礎(chǔ)上，采用電容電流反饋控制的協(xié)調(diào)控制技術(shù)；其中，負載電流前饋控制中的PI分數(shù)階控制器、電容電流反饋控制中的電壓環(huán)分數(shù)階控制器和電流環(huán)分數(shù)階控制器采用分數(shù)階PIaDu控制加以實現(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分數(shù)階控制的雙PWM變頻器一體化協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，其特征在于:所述分數(shù)階控制器的傳遞函數(shù)為:G(s)=Kp+KiS_A+KdSu，其中0〈λ≤1，0〈μ≤1，Kp為比例增益，Ki為積分系數(shù)，Kd為微分系統(tǒng)，λ為積分階次，μ為微分階次。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分數(shù)階控制的雙PWM變頻器一體化協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，其特征在于:所述一體化控制方法有效計及了整流部分和逆變部分之間的物理耦合聯(lián)系，通過分數(shù)階控制器實現(xiàn)網(wǎng)側(cè)變流單元和負載側(cè)變流單元的彼此協(xié)調(diào)控制。
【文檔編號】H02P27/14GK103904909SQ201410141713
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年4月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月1日
【發(fā)明者】鄭征, 韋延方, 陶海軍, 馬方軍, 王曉衛(wèi) 申請人:河南理工大學(xué)