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改进粒子群PI控制在三相PWM整流器中的应用

余潇  
【摘要】:随着电力电子技术的发展和科学技术的进步,用电设备对供电电源质量的要求也越来越高,三相电压型PWM整流器(三相VSR)因具备直流高压恒定输出、能量双向流动、无污染、单位功率因素运行等一系列优点被广泛应用在变流装置中。当三相PWM整流器运行在电网平衡的条件下具备良好的运行性能。然而在电力电子变流装置运行过程中,由于三相负载不平衡、单相大容量负载的使用、不对称故障等原因,不平衡现象是难以避免的。若忽略实际存在的不平衡条件,只采用传统的三相VSR控制策略,会在其网侧产生负序量,导致三相电流不平衡,造成三相VSR装置运行性能下降或不能正常运行的情况,严重时甚至烧毁装置。通常情况下,三相VSR运行时存在两方面的不平衡:一是三相电网本身存在不平衡,如相位、幅值不对称;二是三相VSR本身的参数不对称,导致系统运行不平衡。针对这一问题,本文将从不平衡条件下对三相VSR的控制策略出发,以研究改善其控制性能为目的,从以下几个方面进行论述:首先,对平衡条件下的三相电压型PWM整流器运行系统进行数学模型的建立和分析,然后给出其在三相静止abc坐标系下的数学模型转换到两相旋转dq坐标系下的过程。然后对不平衡条件下的三相VSR进行建模,分析了几种不平衡控制策略的优缺点。因提取的正、负序分量的谐波含量大小将对后续系统控制效果产生很大影响,所以选择一个好的正、负序量提取方法尤为重要。本文对比了两种不平衡条件下三相VSR正、负序量分离提取的方法(陷波器法和延时法),并分析其优缺点,选取了一种在理想状态下效果更好的方法(延时法)作为本文提取正负序量的方法。其次,本文选取了PI控制器作为调节器。PI控制器具有较强的鲁棒性、可靠性高且算法简单等优点。但在控制过程中,其参数整定过程繁杂,传统整定结果难以达到最优,最终导致控制系统性能不良,易产生超调及震荡。针对此问题,本文引入一种从平衡局部和全局搜索能力出发的改进粒子群优化算法,用于改善PI控制器的调节性能,使三相VSR达到更好的稳态性能。最后,在Matlab中首先验证了改进粒子群算法相比于原始粒子群算法的优越性;然后搭建了基于几种不平衡控制策略下三相VSR运行的仿真模型,对比应用改进粒子群PI控制器、传统PI控制器及标准粒子群PI控制器的效果,验证了应用本文所提改进粒子群PI控制器对三相VSR控制具有更好的效果。


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