三相電壓型PWM整流器直接功率控制策略研究

馬亞鋒，李銀興（.寶雞職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西　寶雞　703；.寶雞文理學(xué)院，陜西　寶雞　7000）

三相電壓型PWM整流器直接功率控制策略研究

馬亞鋒1，李銀興2
（1.寶雞職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西寶雞721013；2.寶雞文理學(xué)院，陜西寶雞721000）

摘要：二極管整流器功率因數(shù)很低，對(duì)電網(wǎng)會(huì)造成大量的諧波，從而會(huì)增加電網(wǎng)的輸出電壓損耗，嚴(yán)重影響設(shè)備的正常運(yùn)行。PWM整流器能夠有效解決這一問(wèn)題，控制技術(shù)是PWM整流器發(fā)展的關(guān)鍵，本文詳細(xì)的分析了三相電壓型PWM整流器直接功率控制策略，為PWM整流器更好的應(yīng)用到工業(yè)領(lǐng)域做好預(yù)研工作。

關(guān)鍵詞：二極管;PWM整流器;直接功率控制

0　前言

目前，隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，電子設(shè)備在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)非常普及，而其所產(chǎn)生的諧波污染已經(jīng)越來(lái)越受到人們的關(guān)注，尤其是整流環(huán)節(jié)對(duì)電網(wǎng)造成的危害已經(jīng)嚴(yán)重制約了電子設(shè)備的發(fā)展。因此我們引入了PWM整流器，PWM整流器具有低諧波污染、能量雙向流動(dòng)、恒定直流電壓控制等優(yōu)勢(shì)，在電氣傳動(dòng)、高壓直流輸電等多個(gè)領(lǐng)域有著非常廣闊的應(yīng)用前景。

而PWM整流器的發(fā)展最大的問(wèn)題也在于其控制技術(shù)的發(fā)展，目前的控制策略主要有直接電流控制、間接電流控制、非線性控制、直接功率控制等。而直接功率控制策略由于機(jī)構(gòu)、算法簡(jiǎn)單、方程容易實(shí)現(xiàn)，因此得以廣泛應(yīng)用。

1　三相電壓型PWM整流器工作原理

整流器是最早出現(xiàn)的一種AD/DC轉(zhuǎn)換器，它的發(fā)展經(jīng)歷了不控整流、相控整流到PWM整流的過(guò)程。由于PWM整流器采用全控型器件，因此它可以完全在四象限運(yùn)行而不受任何限制，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)電能的雙向傳輸。即當(dāng)電網(wǎng)上的能量輸送到PWM整流器時(shí)，它會(huì)運(yùn)行在整流工作狀態(tài)，網(wǎng)側(cè)電壓和電流相位相同；而當(dāng)它將能量輸送給電網(wǎng)時(shí)，它會(huì)工作在有源逆變狀態(tài)，網(wǎng)側(cè)電流和電壓反相位。

2　三相電壓型PWM整流器直接功率控制策略

其實(shí)三相電壓型PWM整流器本身就可以直接對(duì)功率進(jìn)行控制，通過(guò)對(duì)功率的監(jiān)測(cè)，與之前給定的值進(jìn)行比較后選擇適當(dāng)?shù)目臻g電壓矢量達(dá)到對(duì)功率進(jìn)行控制的目的。其控制策略常見(jiàn)的主要有基于輸出調(diào)節(jié)子空間的直接功率控制（ORS-DPC）、基于虛擬磁鏈的直接功率控制(VF-DPC)和電壓定向直接功率控制(VO-DPC)三種。

2.1基于輸出調(diào)節(jié)子空間的直接功率控制策略（ORS-DPC）

基于輸出調(diào)節(jié)子空間的直接功率控制技術(shù)（ORS-DPC）系統(tǒng)的控制電路主要由直流電壓平方外環(huán)和功率內(nèi)環(huán)組成。ORS-DPC是一種將瞬時(shí)有功功率和無(wú)功功率作為輸出，利用輸出調(diào)節(jié)子空間的概念提出的控制策略。ORS-DPC控制系統(tǒng)將輸入空間劃分為四個(gè)區(qū)域，通過(guò)開(kāi)關(guān)表矢量選擇調(diào)節(jié)系統(tǒng)狀態(tài)，因此，具有更好的動(dòng)態(tài)性能。ORSDPC系統(tǒng)基本原理是將傳感器檢測(cè)到的電壓電流信號(hào)經(jīng)過(guò)變換后計(jì)算出來(lái)的p、q與設(shè)定值進(jìn)行比較，得到瞬時(shí)功率的差值信號(hào)，然后選擇合適的控制矢量將系統(tǒng)狀態(tài)穩(wěn)定下來(lái)。

2.2基于虛擬磁鏈的直接功率控制策略(VF-DPC)

虛擬磁鏈控制就是將三相電壓型PWM整流器輸出側(cè)虛擬為一個(gè)交流電機(jī)，濾波電感和等效電阻等效為電機(jī)的電子電感和電子電阻，取消了交流電壓傳感器，通過(guò)虛擬磁鏈的方法對(duì)瞬時(shí)功率進(jìn)行估算，根據(jù)與給定的功率進(jìn)行比較后送入功率滯環(huán)比較器，然后利用輸出與扇區(qū)識(shí)別器確定整流器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。這種控制策略具有較低的采樣頻率，在三相電壓不穩(wěn)定的情況下產(chǎn)生的電流諧波相對(duì)較低。

2.3電壓定向直接功率控制策略(VO-DPC)

三相電路瞬時(shí)功率不再以平均值為基礎(chǔ)，而是系統(tǒng)的定義了瞬時(shí)功率量。VO-DPC是最早出現(xiàn)的一種直接功率控制方式，它的工作原理是將采樣母線電壓和給定的參考母線電壓相比較的誤差經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)器得出有功參考電流，利用參考電流與母線電壓的乘積作為參考有功功率，根據(jù)公式用檢測(cè)到的網(wǎng)側(cè)電流與直流母線電壓計(jì)算得出瞬時(shí)有功、無(wú)功功率，然后將它們一并送入滯環(huán)比較器，由電壓矢量所處的扇區(qū)和開(kāi)關(guān)信號(hào)確定三相電壓型PWM整流器的狀態(tài)。VO-DPC系統(tǒng)具有控制算法簡(jiǎn)單，不需要PWM調(diào)制模塊，動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度較快，輸入電流畸變率較低等優(yōu)點(diǎn)，但是其交流側(cè)電感的選取相對(duì)難度較大，對(duì)傳感器的精度和系統(tǒng)采樣頻率的依賴程度較高。

除了以上三種直接功率控制策略之外，還有基于雙開(kāi)關(guān)表的直接功率控制策略、基于模糊控制的直接功率控制策略以及設(shè)置扇形邊界死區(qū)的直接功率控制策略等。

3　三相整流器直接功率控制策略的展望

隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，系統(tǒng)要求整流器具有更小的電流畸變率、較小的直流側(cè)紋波系數(shù)、較高的功率因數(shù)等，因此三相整流器直接功率控制策略也會(huì)相應(yīng)的從以下幾個(gè)方面進(jìn)行不斷發(fā)展和改進(jìn)。

（1）常規(guī)控制策略的設(shè)計(jì)無(wú)法保證控制系統(tǒng)大范圍擾動(dòng)的穩(wěn)定性，因此在系統(tǒng)穩(wěn)定性方面還需深入的進(jìn)行研究，提出一個(gè)以系統(tǒng)穩(wěn)定為前提的控制策略;（2）在三相電網(wǎng)不平衡條件下整流器會(huì)出現(xiàn)直流側(cè)電壓和交流側(cè)電流諧波幅值增大，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)損毀整個(gè)裝置，因此，這方面也有待進(jìn)一步的研究;（3）傳統(tǒng)整流器系統(tǒng)魯棒性較差，因此在DPC控制策略中引入如模糊控制器、網(wǎng)絡(luò)控制器等智能元素，也有待我們進(jìn)一步的進(jìn)行研究。

4　結(jié)束語(yǔ)

本文重點(diǎn)介紹了三種三相電壓型PWM整流器直接功率控制策略以及它們的優(yōu)缺點(diǎn)，并對(duì)三相整流器直接功率控制策略的發(fā)展方向做了展望，提出了三相電壓型PPWM整流器研究的思路，希望能夠?yàn)槿嚯妷盒蚉WM整流器研究工作者提供一些參考。

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課題項(xiàng)目：本論文受寶雞市科技局科研項(xiàng)目資助（項(xiàng)目編號(hào)：2013R1-2；2013R1-3）

作者簡(jiǎn)介：馬亞鋒(1979-),男，陜西寶雞人，碩士。