三相PWM整流器及其控制策略的研究

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇三相PWM整流器及其控制策略的研究范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

【摘要】减少电网谐波污染、提高电力整流装置的功率因数是电力电子研究领域的重要组成部分。三相电压型pwm整流器具有输出电压恒定、能实现单位功率因数运行的特点，甚至可以实现电能回馈电网。因此对三相PWM整流器的开关控制策略进行深入研究具有很重要的现实意义。本文主要研究基于虚拟磁链的直接功率控制和直接电流控制这两种关于PWM整流器的控制策略。

【关键词】电压型PWM整流器；功率；电流；控制

一、引言

整流器的发展经历了由不控整流器（二极管整流）、相控整流器（晶闸管整流）到PWM整流器（全控开关器件）的发展历程。PWM整流器对传统的二极管及相控整流器进行了全面的改进。其关键性的改进在于用全控型功率开关管取代了半控型功率开关管或二极管，以PWM斩控整流取代了相控整流或不控整流。PWM整流器具有的优良性能诸如：网侧实现功率因数的控制（例如单位功率因数），网侧电流近似正弦波，电能实现双向流动，较快的动态响应。二相VSR的数学模型是根据它的拓补结构，在三相ABC静止坐标系、两相静比坐标系和两相旋转坐标系中，利用基尔霍夫电压定律和电流定律所建立的一般数学描述。三相VSR开关频率一般远高于电网基波频率，为简化一般数学描述，可忽略高频分量，只考虑低频分量，从而建立低频模型，这种低频模型适合于控制系统的分析，并可直接用于控制器的设计。总之，两种模型要综合运用，才能合理的进行三相VSR控制系统的设计和校验。

二、控制策略

1.基于虚拟磁链的直接功率控制

下面连个公式分别为整流器有功和无功估算式，式中ΨL为网侧虚拟磁链矢量，ΨaL，ΨLβ在两相静止坐标系中的虚拟磁链矢量αβ分量，ω为输入角频率。

图1所示为基于虚拟磁链定向的直接功率控制系统框图。这是一种功率迟滞控制策略：给定与估算的有功和无功功率比较后，其误差值经过滞环比较器和复平面的扇区识别器后，实时地决定整流器下一次开关状态，最终达到直接功率控制。这种控制策略的特点是系统结构简单，能有效减少传感器数量，抗干扰能力强，电网输入电流畸变小，具有优良的瞬时功率静、动态特性。有深刻的研究意义和广阔的应用前景。

2.直接电流控制

VSR直接电流控制是针对VSR间接电流控制的不足如：动态响应慢、对参数敏感而提出来的。这种直接电流控制与间接电流控制在结构上的主要差别在于：直接电流控制具有网侧电流闭环控制，而间接电流控制无网侧电流闭环控制。由于采用网侧电流闭环控制，使VSR网侧电流动、静态性能得到了提高，同时也使网侧电流控制对系统参数不敏感，从而增强了电流控制系统的鲁棒性。当三相VSR应用于有源电力滤波等领域时，网侧电流的控制性能决定了系统性能的好坏，已经有学者提出的直接电流控制有固定开关频率的PWM电流控制和滞环电流控制等，固定开关频率PWM电流控制的算法简单，实现方便，并且其固定的开关频率使网侧的变压器和电感设计比较容易。但是固定开关频率也有缺点，在开关频率比较低的时候，电流动态响应比较慢。根据一章中三相VSR的高频等效模型，重列网侧电压回路电压方程如下：

当PWM开笨频率远高于电网频率，就可以把开关函数用PWM占空比吸代替，那么替换式如下：

把固定开关频率直接电流控制的电流控制环节看作时间常数为PWM开关周期TS的一阶惯性环节，令三相VSR的网侧电流跟踪指令电流，则：

三、结语

常规整流环节广泛采用的二极管整流电路和晶闸管相控整流电路对电网注入了大量谐波，给电网造成污染。随着电力系统理论的发展和对电力系统中所存在问题的深入研究，如无功功率补偿、谐波抑制、对负载对电网冲击的抑制等。PWM整流器由于其性能优越正被应用于下列领域，如静止无功补偿器（SVG）、有源电力滤波器（APF）、统一潮流控制（UPFC）和超导储能（SMES）、高压直流输电（HVDC）、电气传动（ED）、新型UPS等，控制技术对提高三相电压源型PWM整流器性能非常重要，直接功率控制是近来发展起来的三相PWM整流器控制技术。总之，这种整流器性能优越，可以替代传统的整流电路实现装置的“绿色”运行，目前其己被广泛用于改造电网污染和提高电能利用率。有着更为广泛的应用前景和重要的研究价值。

参考文献

[1]刘坤.PWM整流器控制策略的研究[D].北方工业大学，2009.

[2]梁锦泽.三相电压型PWM整流器及其控制策略研究[D].广东工业大学，2008.

[3]徐奔.双PWM变频器及其控制策略的研究[D].河南理工大学，2011.

[4]苏倩.三相电压型PWM整流器及其控制策略研究[D].华中科技大学，2012.