万方数据第４２卷第５期电力电子技术Ｖｏｌ．４２．Ｎｏ．５２０）（８年５月（Ｐ）ｗｅｒＥｌｅｃｔｏｒｎｉｃｓ２（）Ｘ８新型软件锁相环三相电压型ＰＷＭ整流器的控制曹世华’，张维娜’，沈鸿２，房静’（１．西安理工大学，陕西西安７１以〕４８；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整流器空间矢量解祸控制算法的基础上，将软件锁相环技术应用在１，ＷＭ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：ｌｌＸ洲卜ｌｏＸ（２００８）５０一００７２一０２Ｔｈｒｅｅ一ＰｈａｓｅＶｏｌｔａｇｅＰＷＭＲｅｃｔｉｎｅｒＣｏｎｔｒｏｌｏｆＮｏｖｅＩＳｏｆｔＰｈａｓｅ・ＩｏｃｋｅｄＬｏｏＰＣＡＯＳｈｉ一ｈｕａ，，ＺＨＡＮＧＷｅｉ一ｎａ‘，ＳＨＥＮＨｏｎ扩，ＦＡＮＧＪｉｎｇ，（１．ｉＸ’ｎａＵｎ初ｅｏｉｒｔｏｆＴｅｃｈｎｏｌ。盯，Ｘｉ’ｎａ７１（）Ｘ４８，Ｃｈｉａｎ；２・ｈＳｅ二ｈｅｎＥｎｃｏｍＥｌｅｃｔｃｉｒＴｅｃｈｎｏｌｏ娜ｅＳＣ．ｏ，Ｌ劝，ｓｈｅｎｚｅｈｎｓｌｓｏ５７，Ｃｈｉａｎ）ＡｂｓａｒｔＣｔ：ＩｔｉｓｄｉｉｆｃｕｌｔｔｏａｃｃｕｒａｔｅｄｅｔｅｃｔｔｈｅｐｈａｓｅｏｆＰｏｓｉｔｉｖｅｓｅｑｕｅｎｃｅｆｕｎｄａｍｅｎｔｌａｃｏｍＰｏｎｅｎｔｏｆｖｏｌｔａｇｅｗｈｉｌｅｔｈｅｏＰｗｅｒｎｅｔｏｗｒｋｆｅｒｑｕｅｎｃｙｉｓｖａｉｒｅｄａｎｄｔｈｒｅｅ一ｐｈ朋ｅｉｓｕｎｂａｌａｎｃｅｄ．ＢａｓｅｄｏｎＳＶＰＷＭｒｅｃｔｉｉｆｅｒｄｅｃｏｕｐｌｅｄｃｏｎｔｏｒｌ，ａｎｏｖｅｌｓｔｆＯｐｈａｓｅｌｏｃｋｅｄｆｏｏｐｉｓｕｓｅｄｉｎＰＷＭｒｅｃｔｉｉｆｅｒｃｏｎｔｏｒｌｓｙｓｅｔｍ，ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｖｅａｎｄｅｘｐｅｉｒｍｅｎｔｌａｒｅｓｕｌｓｔｐｒｏｖｅｓｔｈｅｓｃｈｅｍｅｉｓｆｅａｓｉｂｌｅ．ｈＴｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｌａ此ｓｕｌｔｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔｔｈｉｓｓｃｈｅｍｅｉｓｔｈｅｓｏｌｕｔｉｏｎｆｏｒＰｏｅｗｒｎｅｔｏｗｒｋｆｅｒｑｕｅｎｃｙｖａｉｒａｔｉｏｎｓａｎｄｈｔ化ｅ一ｐｈａｓｅｕｎｂ滋ａｎｃｅａｎｄｓｏｏｎ．Ｉｔｈａｓｃｅｒａｔｉｎｒｅｅｆｅｒｎｃｅｖａｌｕｅｉｎｔｈｅｐｒｊｏｅｃｔ．ｅＫｙｗｏｒｄｓ：ｅｒｃｔｉｉｆｅｒ；ｐｕｌｓｅ讯ｄｔｈｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ；ｓｆｏｌｗａｒｅ；ｐｈａｓｅ一ｌｃｏｋｅｄ／ｄｉｇｉｔｌａｓｉ，ａｌｎｏｒｃｅｓｏｓｒ１引言时，若相位不能与电网同步，将给电网带来谐波污染。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图１过零比较电路 相。虽然该方法在工程上容易实现，但在网侧三相电．２２瞬时无功理论锁相原理网电压不平衡或者电压含有谐波时，就不能准确地瞬时无功理论锁相的基本原理是将三相输入电 捕获基波正序的过零点，从而影响锁相的精度。压“。，“、，ｕ。转换到静止的ａ刀坐标系，然后从静止 在结合１〕ＷＭ整流器空间矢量解祸控制算法的的ａ尹坐标系转换到与电压同步的旋转ｄ，ｑ坐标基础上，将软件锁相环技术应用在ＰＷＭ整流器控系，得到交流电压的直流分量认，认。变换所用的旋制系统中，并给出了该算法的工程设计方法。用转角０是软件锁相环的输出。如果锁相角与电网电ＭＡＴＬＡＢ搭建了系统的仿真模型，通过仿真和实验压相位同步，则认＝０。０与认相减，经过Ｐｌ调节器验证算法的可行性。后可视为误差信号。，。经过一积分环节后的输出２软件锁相环原理即为电网电压的相位０。整个控制过程构成反馈，通．２１硬件锁相电路过Ｐｌ来达到锁相的目的。当电网电压不平衡时，电 图１示出ＤＳＰ外围硬件锁相电路原理图。该电网电动势可描述为正、负序电动势及零序电动势三路采用了过零比较方式，即电网电压在过零时刻触发者的合成。三相不平衡电压经过静态、动态坐标变换ＤＳＰ的捕获中断，同时ＤＳＰ的计数器开始读取当前后，只有正序分量转换为直流分量，负序、零序经过脉宽值，在捕获中断中读取上一次捕获寄存器的值。ｄ，ｑ转换后都是高频分量，经过高频滤波后软件锁虽然该方案的硬件原理和软件算法比较简单，易于工相的输出就不受负序、零序的影响，这样就能保证软程实现，但由于电网电压在５０Ｈｚ附近波动以及电网件锁相跟踪的是基波正序分量。算法中的滤波是通含有谐波或存在三相不平衡等问题，因此很难保证相过积分环节实现的。采用锁相后，电压跟踪波形能快位的同步和精度。尤其当整流器处于能量回馈状态速跟踪输入的电压相位ｌｏｊ’定稿日期二２００８３一１０３ＰＷＭ整流器控制原理作者简介：曹世华（１９８２一），男，陕西榆林人，硕士生。研１１ＰＷＭ整流器数学模型究方向电力电子功率变换与系统控制。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整流器的控制万方数据电网电压平衡，功率开关按文中的调制方式动作。Ｌ为交流侧滤波电感； Ｃ为直流侧滤波电容；Ｒ为直流侧负载电阻图２三相ＰＷＭ整流器的主电路结构 由图２，根据基尔霍夫电压及电流定律可得三相ＰＷＭ整流器在ａ，ｂ，。坐标系下的数学模型：印叽ｌｄｔ二艺ｉｓｋ。‘外ｄＬ“ｔｄｌＲ＋（１）助艺‘护、＝０一疏（、一镖、｝式中：ｋｕ为三相交流电源电压，下标ｋ＝ａ，ｂ，ｃ，下同；＆ｉ为三相交流电源电流；叽为直流输出电压；坛为负载电流；乳，尽为开关函数，（ｋ，ｊ。｛ａ，ｂ，ｃ｝），凡＝ｌ表示上桥臂导通，下桥臂关断，５‘习表示上桥臂关断，下桥臂导通。根据等功率变换，将交流电压和电流经过静止 坐标变换到动态旋转坐标后，得出在ｄ，ｑ坐标系下桥中点控制电压为：！！呱二一Ｌｓ哈一ｄｓＬｉｄｉｄｌａ。ｔｄｌ卜形，纸＋一Ｒ病、Ｌ人ａｕ（２）式中：峋，ｕ。为三相电压变换为ｄ，ｑ同步坐标系下的电压值；心，礼为三相电流变换为ｄ，ｑ同步坐标系下的电流值。 由式（）２看出两项电流存在祸合，为了消除两项之间的祸合，采用Ｐｌ解祸控制冈。１２改进的工程实现策略为克服直接用比较器与ＤＳＰ捕获单元相结合这 一传统硬件方案的不足，结合软件锁相原理和整流器的控制思想，提出了软件锁相双闭环空间矢量ＰＷＭ图３软件控制框图 用ｎ２４０６ＤｓＰ作为主控芯片，系统启动置初次上电标志，利用定时器１下溢中断，判断是否初次运行，若是初次运行，则进行软件锁相，ｌＰ自动调整程序运行几秒待软件锁相调整完后，关闭初次上电标志定时器下溢切入主算法计算状态，图４示出定时器下溢中断流程图。采用这种控制方案结构简单，易于工程实现。图４定时器下溢中断流程图 ４实验结果采用ＴＭＳ３ ２ｏＬＦ２４ｏ６型ＤＳｐ搭建了实验平台，对软件锁相ＰＷＭ整流器算法进行验证。实验参数：样机功率１．Ｉｋｗ，交流侧电抗ｓｍＨ，交流侧输入电压５０Ｖ，整流输出电压ＺｏｏＶ，负载电阻５０ｎ。图ｓａ示出直流侧电压疏的实验波形，由图可见，电压给定为ＺｏｏＶ时直流侧输出电压纹波很小。图ｓｂ示出交流侧电压“。和电流１。的实验波形，由图可见，系统处于单位功率因数运行。己 下：夸（聋（丰涪＿几．几． 潇．．＿．声．一孔一＿一＿＿．一；一十一健二卜一｛一红一Ｊ、ｖ／Ａ缪Ｏ的》序之了亡犷井了Ｊ（车叼／Ａ三 三 备一三．一于一三Ｏ妈》才枷蜘咖“ａ ： 一：一‘一ｂ（１ ）／伪藏验波形（２０ｍ５／格）（ｄ）ｕａ， ／（。ｉ２０ｍ、ａ试验波形／格）图５系统直流侧电压与网侧电压电流波形 实验结果表明，采用软件锁相的三相ＰＷＭ整 流器系统可以输出稳定的直流侧电压，并实现了单位功率因数运行，证明了理论分析的正确性。５结论把软件锁相环原理应用到三相ＰＷＭ整流器控 制中，代替传统的硬件锁相，实现了对电网电压的无差跟踪，并在动态坐标系中构成了软件锁相控制系统，还简化了硬件控制系统设计。另外，该电压空间矢量算法可以控制无功和有功。实验验证了软件锁相控制方案的正确性，并在工程上具有一定的参考价值。参考文献］ｌ［李彦栋，王凯斐，卓放，等．新型软件锁相环在动态电压恢复器中的应用［ ］Ｊ．电网技术，Ｚｏｃ吟，２８（８）：４２￣４５．］２［张崇巍，张兴．ＰＷＭ整流器及其控制［］Ｍ．北京：机械工业出版社， ２０３．［３］ＹａｎＰｉｎｇＺｈｏｎｇ，ｏＳｎｇｈｕａｓｈｅｎ．ＤｅｃｏｕＰｌｅＣｏｎｔｏｒｌａｎｄＤＳＰＩ ｍｐｌｅｍｅｎｔｏｆＰＷＭＲｅｃｔｉｉｆｅｒ［Ａ］．Ｐｒｃｏｅｅｄｉｎ邵ｏｆｔｈｅｓｔｈＷｏ ｌｒｄＣｏｎ胖ｓｓｏｎｌｎｔｅｌｌｉ罗ｎｔＣｏｎ加ｌａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎｌ］Ｃ・Ｈａｎ邵ｈｏｕ， Ｃｈｉｎａ：ｓ［．几］，２《Ｘ峙：５１９一５２０２．７３
