第２９卷第６期 常州工学院学报 ＶＯ１．２９ Ｎｏ．６ ２０１６年１２月 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｄｅｃ．２０１６ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１—０４３６．２０１６．０６．００９ 基于ＰＷＭ控制的三相逆变电路仿真研究 柴济民 ，肖进 ，郭建江 （１．常州工学院电气与光电工程学院，江苏常州２１３０３２； ２．河海大学能源与电气学院，江苏南京２１００９８） 摘要：ＰＷＭ控制技术是逆变电路常用的控制方式。利用ＰＷＭ控制技术，在Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 平台上建立了基于ＳＰＷＭ载波调制技术和滞环电流控制技术的三相逆变电路仿真模型，仿真结果 表明了模型的可行性。 关键词：逆变电路；ＳＰＷＭ；滞环控制 中图分类号：ＴＭ７３４ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７１—０４３６（２０１６）０６—００３８—０４ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｈｒｅｅ Ｐｈａｓｅ Ｉｎｖｅｒｔｅｒ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＰＷＭ Ｃｏｎｔｒｏｌ ＣＨＡＩ Ｊｉｍｉｎ ，ＸＩＡ０ Ｊｉｎ ，ＧＵＯ Ｊｉａｎｊｉａｎｇ （１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ ２１３０３２ ２．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｏｈａｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａ ｉｎｇ ２１００９８） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｐｕ１ｓｅ—ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ（ｐＷＭ）ｃｏｎｔｒｏｌｉＳ ａ ｃｏｍｍｏｎｌｙ ｕｓｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ａｎ １ｎｖｅｒｔｅｒ ｃｉｒｃｕｉｔ．Ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｇｕｉｄａｎｃｅ ｏｆ ＰＷＭ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａ ｔｈｒｅｅ ｐｈａｓｅ ｉｎｖｅａｅｒ ｃｉｒｃｕｉｔ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｏｎ ｈｔｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｓｉｎｕｓｏｉｄａｌ ｐｕｌｓｅ—ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ（ＳＰＷＭ）ｃａｒｒｉｅｒ ｍｏｄｕ— ｌａｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ａｎｄ ｃｕｒｒｅｎｔ ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ．Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｐｒｏｖｅｄ ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｄｅ１． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｃｉｒｃｕｉｔ；ｓｉｎｕｓｏｉｄａｌ ｐｕｌｓｅ—ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ；ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ ｃｏｎｔｒｏｌ 逆变电路是电力电子变流技术核心电路之 为２００ Ｖ，ＩＧＢＴ与二极管并联构成一个模块，三 一，在工业控制、柔性电力技术和光伏风力发电领 相负载为阻感负载，直流侧用两个电容等效。其 域得到了广泛应用。大多数逆变电路采用ＰＷＭ 中，ＩＧＢＴ１、ＩＧＢＴ３和ＩＧＢＴ５模块构成上桥臂，ＩＧ— 控制技术，对脉冲宽度进行调制，常用控制方法有 ＢＴ４、ＩＧＢＴ６和ＩＧＢＴ２模块构成下桥臂。 计算法、调制法和跟踪调制法三类¨ 。本文采 １．２参数设置 用调制法和电流跟踪法，通过Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉ—ｍｕｌｉｎｋ 电阻负载为１ Ｑ，电感负载５ ｍＨ，Ｃ 和ｃ２为 搭建三相逆变电路仿真系统，实现ＰＷＭ控制，为 两个等效电容，大小均为１ Ｆ。考虑Ｍａｔｌａｂ仿真 后续的研究工作打下基础。 数值稳定性，每个电容串联一个小电阻（采用１ １三相逆变电路建模 Ｑ模拟）。六个ＩＧＢＴ和二极管的设置参数均采 用Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ默认参数。模型中使用万用 １．１主电路模型 表模块Ｍｕｌｔｉｍｅｔｅｒ来测量三相负载端ｕ、Ｖ、ｗ上 三相逆变主电路模型如图１。直流电源电压 的电流和电压。 收稿日期：２０１６—１０—２５ 基金项目：常州工学院科研基金项目（ＹＮ１４０９）；常州工学院教学建设项目（Ａ３・４４０３—１６－０３８） 作者简介：柴济民（１９８３一），男，硕士，讲师 第６期 柴济民，等：基于ＰＷＭ控制的三相逆变电路仿真研究 ３９ 图１三相逆变主电路仿真模型 ２ ＳＰＷＭ正弦调制法建模 当 、 、 大于 信号时，产生逆变电 路上桥臂的控制信号 、 、 来导通ＩＧＢＴ１、 ２．１控制方法基本原理 ＩＧＢＴ３、ＩＧＢＴ５模块。 如图２控制模块系统所示，调制信号为三相 同样，当 、 小于 信号时，产生 正弦波 、 、，、 ｎｖ（三相正弦波相位相差 逆变电路下桥臂的控制信号 、 、 来导通 １２０。），载波信号采用 三角波。 ＩＧＢＴ４、ＩＧＢＴ６、ＩＧＢＴ２模块。 图２ ＳＰＷＭ正弦调制控制模块 ２．２仿真参数说明 ０．０１／３ ０．００５ ０．０２／３ ０．０５／６ ０．Ｏ１ ０．０７／６ ２．２．１三角波参数模块 ０．０４／３ ０．０１５ ０．０５／３ ０．１１／６ ０．０２］，输出序 三角波由Ｒｅｐｅａｔｉｎｇ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ模块进行数字 歹Ｕ为［０—１．５ ０ １．５ ０—１．５ ０ １．５ ０—１．５ 拟合产生 。其时间设置序列为［０ ０．０１／６ ０ １．５ ０］。拟合产生的三角波如图３所示。 常州工学院学报 Ｉ，５ Ｉ ２０１６年 ＰＷＭ控制的载波比Ｎ＝ ／ｆｒ＝３，调制比Ｍ＝Ｖｒ ／ ’／ｃ ＝０．６６７。 ＞０．５ ０ ０．５ Ｉ １．５ Ｏ Ｏ・ＯＯ５ Ｏ・Ｏｌ Ｏ・Ｏｌ５Ｏ・Ｏ２ ０．０２５ ０．０３ ０．０３５ ０．０４ ｆ，ｓ一２．２．３其他模块说明 图２控制系统设置中，Ｇａｉｎ ＤＥＬＴＡ为增益 模块（设置为１），Ｒｅｌａｔｉｏｎａｌ Ｏｐｅｒａｔｏｒ为比较器， Ｄａｔａ Ｔｙｐｅ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ为数据类型转换模块，将比 较器比较结果由逻辑结果转换为电平型ｄｏｕｂｌｅ —图３三角波波形图 ２．２．２正弦波参数模块 的信号格式来触发ＩＧＢＴ模块。 ２．３仿真分析 正弦波参数模块采Ｓｉｎｅ Ｗａｖｅ模块，以ＵⅢ为 例，具体设置幅值为１，频率为５０ Ｈｚ，相角为０。。 由以上三角波和正弦波的设置可以看到，该 ＞ ‘ 仿真采用变步长ｏｄｅ２３ｔｂ算法，通过示波器 ＳＣＯＰＥ模块读出主电路各个波形，如图４。图中： ０ ＞１００ ０ １００ ５００ ．５０ ｌ ５ ０ ＞】５ ＞ ０ １ ５ ＞ ｝ ｉ三 三 ｉ 三 ０ ＞２００ ０ ￣Ｌ２００ 图４ ＳＰＷＭ控制法仿真波形图 为调制信号三角载波波形； 为ｕ相负载的电压信号波形； ｉ 为ｕ相负载的电流信号波形； 、 、 万用表模块Ｍｕｌｔｉｍｅｔｅｒｌ测量图１主电路ｕ、 Ｖ、ｗ各相的实际电流ｉ 、ｉ 、ｉｃ。 为上桥臂的ＩＧＢＴ１、ＩＧＢＴ３、 ＩＧＢＴ５模块的控制信号波形； 为ｕ、Ｖ相间电压信号波形。 从图４波形中可以看到，通过调制信号与载 波信号的对比，轮流触发三相逆变电路的各个 ＩＧＢＴ模块，在交流侧负载上得到了交替的ＰＷＭ 电压波形 出正弦波。 。阻感负载上的电流ｉ ，近似呈现 ３滞环电流控制建模 ３．１控制方法基本原理 如图５控制模块所示，三相指令电流为正弦 波ｉ 、ｉ 、ｉｗ（相位相差１２０。）。 图５滞环电流控制模块 第６期 柴济民，等：基于ＰＷＭ控制的三相逆变电路仿真研究 ＞＼一 ＾， ＞ ＞，丑 ４１ Ｏ ０ Ｏ 指令电流和实际测量电流比较，经滞环比较 ３．２．２滞环Ｒｅｌａｙ参数模块 Ｏ ５ ０ ５ 器Ｒｅｌａｙ模块，产生逆变电路上桥臂的控制信号 、 ３、 滞环Ｒｅｌａｙ参数模块（以Ｒｅｌａｙ３为例），设置阈 值上限Ｓｗｉｔｃｈ ｏｎ ｐｏｉｍ和阈值下限Ｓｗｉｔｃｈ ｏｆｆ ｐｏｉｎｔ 分别为０、１，阈值上限输出值ｏｕｔｐｕｔ ｗｈｅｎ ｏｎ设置为 ０，阈值下限输出值ｏｕｔｐｕｔ ｗｈｅｎ ｏｆｆ设置为１。Ｒｅ－ ｌａｙｌ、Ｒｅｌａｙ３、Ｒｅｌａｙ５参数设置和Ｒｅｌａｙ４、Ｒｅｌａｙ６、 Ｒｅｌａｙ２逻辑比较结果相反。 来控制ＩＧＢＴ１、ＩＧＢＴ３、ＩＧＢＴ５模块。 、 、 来 产生逆变电路下桥臂的控制信号 控制ＩＧＢＴ４、ＩＧＢＴ６、ＩＧＢＴ２模块。 以ＩＧＢＴ１和ＩＧＢＴ４构成的桥臂为例，具体导 通关断逻辑为：当ｉ 一ｉ ＞ＡＩ时， 。为导通， 为关断； 一ｉ ＜ｍＩ时， 为关断， 为导通。 ３．２仿真模块说明 ３．２．１ Ｍｕｌｔｉｍｅｔｅｒｌ模块 ３．２．３其他模块说明 图５控制系统中，Ｇａｉｎ增益模块设置为一１， 进行指令电流和测量电流比较。 ３．３仿真分析 Ｍｕｌｔｉｍｅｔｅｒｌ模块测量主电路电流波形。指 令电流以ｕ相为例，设置幅值为２Ｏ Ａ，频率为 ５０ Ｈｚ，相角为０。。 仿真采用变步长ｏｄｅ２３ｔｂ算法，由示波器 ＳＣＯＰＥ模块读出主电路各波形，如图６所示。 ＞５０ ）５ｏ０ １．５ 三 ｔ：三二一： ０．Ｏ３ ０．０４ ｔ／ｓ 三 ： ０．０５ ０ Ｏ２ 图６滞环电流控制仿真波形图 图中： 为调制信号三角载波波形； 为ｕ 相负载的电压信号波形；ｉ 为ｕ相负载的电流信 号波形； 、 、 为上桥臂的ＩＧＢＴ１、ＩＧＢＴ３、 ＩＧＢＴ５模块的控制信号波形； 为ｕ、Ｖ相间电 方法和滞环电流控制方法研制了三相逆变电路仿 真模型，仿真结果表明了该模块的可行性，在三相 交流负载侧能够得到有效的ＰＷＭ电压波形和近 似于正弦波的电流波形，为后续研究工作打下了 基础。 压信号波形。为便于比较，将ＳＰＷＭ控制中的 信号列于图６。由图６可见，通过指令电流和实 际电流的比较，滞环比较Ｒｅｌａｙ模块输出的控制 信号轮流对六个ＩＧＢＴ模块进行控制，在三相交 流侧负载上得到了正负交替的ＰＷＭ电压波形 。［参考文献］ ［１］王兆安，刘进军．电力电子技术［Ｍ］．５版．北京：机械工业出 版社，２０１３：１６４—１７９ 同时，阻感性负载得到了近似为正弦波的 ［２］陈坚．柔性电力系统中的电力电子技术：电力电子技术在电力 系统中的应用［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２０１２：７８—８８． ［３］于群，曹娜．Ｍａｔａｌｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ电力系统建模与仿真［Ｍ］．北 京：机械工业出版社，２０１０：２１３—２３４． 负载电流ｉ ，其电流大小接近指令电流。 ４结语 本文基于Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ，使用ＳＰＷＭ载波 责任编辑：杨子立
