簡單介紹幾個常用系統(tǒng)并用mathcad搭建數(shù)學模型

1.概述：

電力電子技術(shù)利用功率半導體及其電路實現(xiàn)電能變換與控制的技術(shù)，在電能生產(chǎn)、傳輸、存儲、變換、控制的各個環(huán)節(jié)都有很多典型應用。例如分布式發(fā)電系統(tǒng)與微電網(wǎng)，超級電容器與電化學儲能系統(tǒng)，電力諧波抑制與無功補償裝置，電機變頻調(diào)速系統(tǒng)等....系統(tǒng)與應用繁多，又千差萬別，但它們有一個共同點，就是具有一定的功能。自身各部分互相依賴、互相制約。且系統(tǒng)本身按照人預定的要求控制設備，使之具有一定的狀態(tài)和性能。簡單介紹幾個常用系統(tǒng)并用mathcad搭建數(shù)學模型。

2.系統(tǒng)控制簡介：

根據(jù)自動控制理論，系統(tǒng)控制按其結(jié)構(gòu)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)（被控量對系統(tǒng)沒有控制作用）、閉環(huán)控制系統(tǒng)（被控量直接或間接參與控制）。開環(huán)控制系統(tǒng)穩(wěn)定但精度低，閉環(huán)控制精度高但系統(tǒng)不穩(wěn)定可能會振蕩。這個問題最早在瓦特發(fā)明飛球調(diào)節(jié)器就引起人們注意。為了發(fā)揮開環(huán)與閉環(huán)控制的優(yōu)點，克服缺點一般同時使用開環(huán)與閉環(huán)控制。

并網(wǎng)逆變器控制框圖

上圖是基于并網(wǎng)逆變器，以功率外環(huán)與電流內(nèi)環(huán)雙閉環(huán)為例的P Q控制典型基本控制框圖?？驁D右邊輸入Pref,Qref兩個變量經(jīng)過PI控制器進行反饋調(diào)節(jié)，PI控制器輸出給反park、clarke模塊，坐標變換模塊輸出abc給SVPWM模塊作用到三相逆變器，使逆變器的P有功功率和Q無功功率，均按其設定值輸出。而PI控制器的反饋量是電網(wǎng)功率與電流。其實現(xiàn)步驟大概如下：

1. 采樣電網(wǎng)電壓與電流 Uabc Iabc ，用Uabc進行鎖相(PLL)供坐標變換用;
2. 用Iabc Uabc通過clarke、park變換輸出UαUβIαIβ；
3. UαUβ IαIβ給PQ瞬時功率計算模塊，計算輸出有功無功功率；
4. 計算輸出功率與設定Pref,Qref的誤差與內(nèi)環(huán)電流給定值Iqref/Idredf
5. Iqref/Idredf經(jīng)過PI控制器輸出與電網(wǎng)電流IαIβ比較計算誤差；
6. 誤差再使用解耦和PI控制器實際會加限幅輸出控制系數(shù)Pmd qmd；
7. Pmd qmd給SVPWM模塊作用到三相逆變器；

逆變器輸出設定的P有功功率和Q無功功率;

電壓型整流器控制框圖

上圖是基于電壓型PWM整流器。以電壓外環(huán)與電流內(nèi)環(huán)雙閉環(huán)為例的典型基本控制框圖。框圖左邊輸入Vref經(jīng)過PI控制器進行反饋調(diào)節(jié)，PI控制器輸出給交流電流內(nèi)環(huán)參考。電流內(nèi)環(huán)控制器輸出給反park、clarke模塊，坐標變換模塊輸出abc給SVPWM模塊作用到三相整流器，使整流器直流母線電壓恒定，交流電流為給定幅值和相位的電流實現(xiàn)功率因數(shù)控制。而PI控制器的反饋量是直流側(cè)電壓與電網(wǎng)電流。其實現(xiàn)步驟大概如下：

1. 采樣電網(wǎng)電壓與電流 UabcIabc 用Uabc進行鎖相(PLL)供坐標變換使用;
2. 用Iabc通過clarke、park變換輸出IαIβ
3. 采樣直流側(cè)電壓Vdc，計算與設定值Vref誤差與電流環(huán)參考值Idref
4. Idref經(jīng)過PI控制器輸出與電網(wǎng)電流IαIβ比較計算誤差
5. 誤差再使用解耦和PI控制器輸出電壓控制矢量Ud
6. Iq設定值與電網(wǎng)無功電流Iq 計算誤差用PI控制器輸出電壓控制矢量Uq
7. Ud Uq給SVPWM模塊作用到三相整流器
8. 整流器輸出設定的Vdc和單位功率因數(shù)

上圖是SVPWM空間矢量基于電機控制，以電機位置、速度與電流三閉環(huán)為例的典型基本控制框圖?？驁D左邊輸入Iq_ref, Id_ref,兩個變量經(jīng)過PI控制器進行反饋調(diào)節(jié) ，PI控制器輸出給反park變換（2r/2s）模塊，2r/2s模塊輸出UαUβ給SVPWM模塊作用到三相逆變器上進而控制電機。而PI控制器的反饋量是電機電流采樣，其實現(xiàn)步驟大概如下：

電機三相電流Ia，Ib，Ic，因為Ia+Ib+Ic=0，所以實際采樣Ia，Ib。

1. Ia，Ib，Ic經(jīng)過clarke變換為Iα Iβ。
2. Iα Iβ經(jīng)過Park變換為Id，Iq。；
3. 計算Id，Iq與Id_ref，Iq_ref的誤差。
4. 將上述誤差輸入兩個PI控制器。得到輸出控制電壓Ud，Uq。
5. Ud，Uq經(jīng)過反park變換輸出UαUβ。
6. 將UαUβ與Iα Iβ輸入給電機位置和角度估算器，估算新的角度計算下個電壓矢量位置。
7. 通過使用新的角度， 將PI控制器的輸出值逆變到靜止參考坐標系。該計算將產(chǎn)生下一個正交電壓值Uα和Uβ。
8. Uα和Uβ輸出給SVPWM模塊作用到三相逆變器上進而控制電機。