三相变流器改进空间矢量电流控制方法的研究与实现_图文

1、分类号：密级：天津理工大学研究生学位论文三相变流器改进空间矢量电流控制方法的研究与实现（申请硕士学位）学科专业：控制理论与控制工程研究方向：电力电子技术作者姓名：杜吉飞指导教师：魏克新教授月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天盗理工大堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。、学位论文作者签名：以毛乙签字日期：，年沙月矿日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津理

2、工大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津理工大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编，以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复本和电子文件。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：。毛召导师签名：签字日期：乙，年月矿日签字日期：年月日摘要如今，随着电力电子技术的发展，三相变流系统已经应用于各类场合中。对于三相电压型变流器，大多数控制方法不能同时满足高功率因数、低开关损耗、简便实施性。本文针对当前三相变流器控制方法所存在的问题和缺陷，提出了一种改进的空间矢量电流控制方法，此方法简便易行，而且同时能

3、够达到高功率因数和低开关损耗的目的。本文在查阅大量文献的基础上，首先对三相电压型变流器及其控制方法作了全面地概述，对当今的滞环电流控制和空间矢量电流控制做了简要地分析。随后，通过分析简便空间矢量电流控制，说明了此方法的实用性和优越性，但仍存在不完美之处：对于动态阶段，当误差电流较大时，在电流跟踪性能方面还存在改进余地；对于稳态阶段，由于控制滞后性的影响，网侧电压电流会发生相移。于是，本文提出了针对此方法的改进方案，当误差电流较大时会更换控制策略，进而提高动态性能；增加指令电流的预测环节以补偿控制滞后性导致的偏差，进而提高稳念性能。同时，本文通过详细推导，从理论角度说明了此方法的特点及优点。为了

4、从实际角度验证所述理论，本课题搭建了一台试验样机，并描述了其软硬件设计方案，运用作为处理器，作为开关器件。最终，通过大量实验结果，充分验证了此改进方法优于传统方法，并与所述理论相一致。关键词：三相变流器空间矢量电流控制预测环节，：，；，；，：，【目录第一章绪论三相变流器概述变流器的发展及趋势变流器主要用途三相变流器主要分类国内外发展现状本课题研究的目的及意义本课题主要内容及创新点第二章三相电压型交流器原理概述三相电压型变流器拓扑结构三相电压型变流器系统建模三相静止坐标系数学模型旋转坐标系数学模型三相电压型变流器控制方法概述第三章三相电压型变流器传统电流控制方法滞环电流控制方法传统滞环电流控制基

5、于空间矢量的滞环电流控制滞环宽度的选择空间矢量电流控制方法空间矢量的一般问题讨论空间矢量电流控制简便空间矢量电流控制方法第四章改进空间矢量电流控制方法动态性能改进策略控制原理指令电压矿的求法参数矽的求法稳态性能改进策略实现方法第五章实验方案设计硬件系统设计主电路设计主电路系统参数设计控制电路设计软件系统设计软件系统参数设置软件系统结构第六章实验过程及结果分析实验过程实验结果及分析。开关频率下的实验结果开关频率下的实验结果第七章总结与展望参考文献发表论文和科研情况说明致谢第一章绪论第一章绪论三相变流器概述变流器的发展及趋势变流器是使电源系统的电压、频率、相数、电流或其他特性发生变化的电器设备，主

6、要包括整流器（）、逆变器（）、交交变频器（）、直流变换器（）。变流器是当代电源技术发展的重点，是现代电力电子技术的具体应用，也是结合了自动控制技术、计算机技术、电工技术于一体的一门综合性学科。电力电子器件性能的提高对变流器的发展至关重要。从上世纪年代起，美国通用公司发明硅晶闸管问世以来，标志着第一代电力电子器件一一半控型器件发展的开端。随后，电力电子器件又经历了第二代电力电子器件全控型器件，和第三代电力电子器件复合型器件的发展阶段【。如今的变流器开关器件大多采用大容量高频率的复合型器件，如或等。变流器技术从原来传统的低频技术转变为了当今的高频技术。电力电子技术由六十年代的整流器时代，发展到七十

7、年代的逆变器时代，又经历了八十年代的变频器时代【】。早期的变流器，即传统意义上的整流器，通过运用二极管或晶闸管来达到控制电流流向的目的。但由于这种设备会产生很大的网侧电流谐波、低劣的网侧功率因数，导致转换效率和控制效果比较差。随着高频自关断器件、等的发展，将其应用于变流器开关器件已是一种趋势。变流技术经历了从电网的换流整流到强迫换流到脉宽调制控制的发展过程【】。如今，随着技术的大量应用，可逆变流器已经成了电力电子界的研究热点，它既可以实现整流，又可以实现逆变，同样可以应用到变频装置中，实现了整流逆变一体化，并向着高频化、模块化、数字化、绿色化方向发展。随着电力电子集成技术的发展，变流器系统的集

8、成化也愈受关注。虽然从世纪年代发展了一种小规模电力电子模块，将具有驱动、自保护及自诊断大多数设备仍建立在而为了实现特定变流实现电力电子模块的系统控制器之间建立，建立标准的通信协力电子应用系统【】。体积（比如输入输出耗等方面就显得尤为第一章绪论重要，如今，通过发展控制算法和软开关技术是解决以上问题的主要手段。变流器主要用途如今，变流器系统大量应用于电力系统【】、电气传动等领域。对于电力系统，尤其是针对智能电网的建设，如何将灵活交流输电、高电压直流输电、定制电力、能量转换等技术广泛应用于电网【】，是如今大功率变流器发展的重要方向。而且由于全球范围的能源危机，新能源发电，包括风力发电、太阳能发电、生

9、物能发电已经成为热点。以风力发电为例，由于其发电量和时间的无规律性，并网技术一直是风力发电的瓶颈之一，而并网则需要大功率变流器才可实现。为了大规模实用化，并网技术还需进一步研究【】。这样，大功率变流器的研究就显得尤为重要。在电气传动领域，由于变流器是变频传动中的重要组成部分，为了高效快速地控制电机，变流器的性能优劣非常重要。随着新一代电动汽车、电力牵引机车的广泛应用的趋势，小型变流器装置有着广泛的发展空间和巨大的市场。为了高效利用能源，大量储能设备包括蓄电池、高速飞轮、超导磁储能等应用于电力系统，由于储能设备的充放电主要通过变流器完成。保证在充电时不损坏储能设备，在放电时能够按照指定要求放电，

10、同时提高充放电效率，就显得尤为重要。变流器系统还可以用在无功补偿器以及有源滤波器中，以减少电网谐波含量，提高电力质量。如今，为了避免由于电网谐波及无功功率造成的电网污染，实现“绿色电能变换”，三相可逆变流器的应用领域越来越广泛，如不间断电源、统一潮流控制器等。三相变流器主要分类变流器的电路结构多种多样，包括，等。对于变流器，按相数可分为单相变流器和三相变流器，按储能形式可分为电压型变流器和电流型变流器，按开关调制可分为硬开关方式和软开关方式，按调制电平可分为二电平电路和多电平电路，按桥路结构分可分为半桥和全桥电路，按电压转换形式可分为变流器和变流器，按能量转换形式可分为可逆变流器和不可逆变流器

11、。本文主要研究三相电压型可逆变流器。对于三相电压型可逆变流器，其拓扑结构可以分为种情况，如图卜所示哺】。（）图为四开关三相变流器，其特点为造价小，但效果不如（）图所示的六开关三相变流器，这种变流器拓扑是如今最常用的形式。（）图为三相四线制变流器，其优点是可以平衡三相电流并减少直流侧电压谐波。（）图为八开关三相变流器，增加了零线第一章绪论（）四开关三相变流器（）六开关三相变流器（）三相四线制变流器（）八开关三相变流器图三相电压型可逆变流器拓扑结构分类国内外发展现状在国外，对可逆变流器的研究起步较早，始于二十世纪年代，由于自关断功率器件地日趋成熟及应用，有力地推动了三相可逆变流器控制技术的研究。目

12、前，国外可逆变流器技术己进入实用阶段，并且有少数大公司，如德国的西门子、美国的超导变频器等公司，己经研制出了成品。可以看到，国外成熟变流器产品的可靠性及稳定性与他们的研究开发所用的时间与研究深度成下比，而且这些成熟产品仍然为了达到更完善的目标努力。第一章绪论在国内，对可逆变流器的研究起步较晚，始于年代初期，目前以实验研究为主，且主要集中于高等院校，如华中科技大学、清华大学、北京交通大学、西南交通大学、西安交通大学和浙江大学等高校，都作了大量基础研究工作，也搭建了一些样机，取得了一些成果。但整体发展水平与国外差距较大，核心部件核心技术仍受制于人，如华锐风电公司所采用的变流器几乎被美国超导公司所垄

13、断。就论文方面来看，国内主要集中在控制策略的研究，在拓扑结构和系统建模方面研究较少。如今，随着低碳、新能源、智能电网等新兴产业的发展，三相可逆变流器将会拥有更大的市场和更广阔的发展前景。根据十二五规划对能源发展结构转型的要求，新能源发展战略已成为我国经济增长方式的重要选题。为此，对电力电子领域，尤其是对三相可逆变流器研究的大力投入和发展已成为重要任务。本课题研究的目的及意义由于对网侧输入端功率因数的要求十分严格，尤其是对一些大型贵重设备，需要增加无源滤波器或有源滤波器或混合滤波器。这种运用滤波器或补偿器提高功率因数的附加手段统称被动式。由于被动式需要增加额外的装置，提高了整个系统的造价和体积，

14、故运用主动式提高功率因数的方法，即高功率因数或变流器装置可以达到更好的效果（这旱的高功率因数指功率因数为或一）。在这里，功率因数用来表示，由文献可知即丽五其中五为基波位移因数，为电流总谐波含量。可以看出，高功率因数可逆变流器首先要满足基波位移因数的要求，当系统处于整流状态时，五；当系统处于逆变状态时，五一。如果不能达到以上要求而产生相移，就会在变流过程向电网注入无功功率，降低了整个变流器运行效率。而且，越低，即电流总谐波含量越少，就越接近兄，越可以达到高功率因数的目的。在电力电子装置普及以前，主要的谐波源是变压器。随着电力电子技术的发展，变压器谐波已经退居其次，各种电力电子装置成为最主要的谐波

15、源。电力电子装置带来的谐波问题对电力系统安全、稳定、经济运行构成了潜在的威胁，尤其是对供配电线路、电力设备、用电设备、低压开关设备、弱电系统设备、电力测量设备及人体都会产生一定程度的影响和危害。谐波被认为是电网的一大公害，同时也阻碍了电力电子技术的发，越来越被人们重视起考虑以下几个方面【】：第一章绪论（）能量传输是否可逆，是否可以四象限运行；（）输出电压波形质量；（）直流侧负载形式（线性或非线性）；（）造价、体积及重量；（）工作效率；（）电磁干扰（）；（）功率要求：（）可靠性；（）环境影响（温度湿度等）；针对三相变流器最常用的拓扑结构，如图（），提出了大量的控制策略并得到了很好的应用。但是，考

16、虑到以上几点，大多控制方法不能同时满足所有要求。比如增加开关频率可以降低网侧电流谐波含量，提高功率因数，但开关损耗的增加势必降低系统运行效率。对于以上条要求，多目标优化要基于可靠优越的控制算法来实现的。由于三相变流器的主要目的是提高网侧功率因数和增强控制性能，其中网侧电流是否能够很好跟踪指令电流，即电流控制性能，是影响以上两方面的基本因素和关键因素。于是，本课题在传统空间矢量电流控制的基础上做了很大改进，不但可以满足高功率因数的目的，而且能够实现简便化和实用化，非常适用于实际工作，最后的实验研究充分验证了本方法优于传统方法。本课题主要内容及创新点本课题主要内容如下：第一章为绪论部分，对三相变流

17、器的发展及趋势、主要用途和分类、国内外发展现状等问题进行基本的描述，并对本课题内容进行初步的介绍。第二章分别从拓扑结构、系统建模、控制方法三方面对三相变流器的原理进行了描述和讲解。本课题研究的三相变流器拓扑结构为电压型，分别运用三相静止坐标系和旋转坐标系建立系统模型，并对现今主要控制方法进行了概述。第三章阐述了控制方法中的内环电流控制方法，并详细分析了滞环控制和空间矢量控制这两种重要的控制方法，在查阅大量国内外文献的基础上，分别说明这些方法各自的优缺点，进而为改进算法的提出埋下伏笔。第四章为本论文的重点章节，也是本课题主要研究内容。本章节详细并系统地从动态性能和稳态性能两个方面，提出了传统空间

18、矢量控制的改进方案，并给出了详细的控制流程及实现方法。第五章基于本课题提出算法，搭建了试验样机。详细说明了软硬件设计方案，包括主电路和控制电路设计，寄存器参数设置，程序控制流程等。第六章通过以上搭建的系统，进行系统调试，并分别运用滞环算法，简便空间矢量算法，改进空间矢量算法做对比验证试验，通过实验结果充分验证了本文方法的特点及第一章绪论优越性。第七章为总结和展望，及后期的扩展性工作。本课题主要创新点如下：（）对传统的简便空间矢量控制做了改进，当误差电流较大时，运用新的控制策略以提高其动态性能。（）提出了一种网侧输入电压的预测方法，对于互差。的标准三相电网电压，此方法可以达到准确的预测，一般用于

19、补偿运算延迟和控制周期导致的滞后性，方法简便而且实用。（）将上述网侧输入电压的预测方法用于传统的简便空间矢量控制，进而达到了改进稳态性能的目的。（）总结出了一套可靠的调试经验。第二章三相电压型变流器原理概述第二章三相电压型变流器原理概述三相电压型变流器拓扑结构图拓扑结构三相电压型变流器拓扑结构如图一所示，其中为网侧电感；尺为网侧等效电阻；巳为第相交流侧电源，对于三相平衡电网，三相电源幅值相等且互差。，为零线；设电流方向为直流侧流向交流侧，则为相电流值；为直流侧电容；为直流侧电压；。代表第相开关函数，。表示上桥臂闭合，下桥臂断开，表示上桥臂断开，下桥臂闭合（这里表示、相）。故￥一共存在种开关状态

20、：、，其中、为零开关状态。三相电压型变流器系统建模三相变流器数学模型的建立，是其控制技术研究的基础。近年来，多种多样的控制模型大量被提出，包括静态数学模型，负载等效模型【，小信号模型【等，大多数建模过程都需要三相静止坐标系及旋转坐标系的建立。三相静止坐标系数学模型通过图可以得出第二二章三相电压型变流器原理概述哮枷乇（¨）一吃三鲁枷（）一吃（）哮戢（）一乞由于三相电压三相电流相互对称，则乞巳巳乞毛（）联立式（）与（），可得一争（）（）对于直流侧，可得出如下关系式小。声（）故三相静止坐标系的一般数学模型可表示为哮一即纠旷掣哮一即州一掣嗉一时纠一掣（）声旋转坐标系数学模型理想状态下，当变流

21、器处于整流状态时，、相应的幅值；当处于逆变状态时，、相应的幅值的负值。本文以整流状态为例进行讨论，变换公式如下：（；）（）（）卜豳（。一）防）第二章三相电压型变流器原理概述式（）可变为巩三（屯勤识）一屯吨（）娼以下，分别对内环系统和外环系统进行稳定性分析。（）内环系统分析：在实际的情况下，考虑三相理想电源，则，。式（）变为鲁三（易为。）一洮吨（）堕：一缈一心一口“在期望的情况下，艺和弓都是期望的给定量不变，因此眩也不变，则期望情况下系统方程为等三（泓呼“社一吃（）口，颤：一；一吐设定乏一，毛一屯，乇一毛，劫：一，：一一，一（一，）则式（）减去式（）可得第二章三相电压型变流器原理概述等三（铒勤毛

22、锄钙必峨）一三以一尺屯一（鸲厶）（）三寻一舰砌一（厶¨）。相当于。出面瓦页。面醢降一鳖西三三越（）尺纣，钙、钙一缈一一一鳖三引入微分算予，其特征值为盯一：丝三（；）娶。缈：”下（）（）根据劳斯判据可知一，燮！斗了国卜了（一），了（）（）。都成立，所以系统是稳定的。（）外环系统分析：对于闭环系统，假设实际电流可以完全跟踪给定电流，即不考虑内环系统，并保证单位功率因数为。，巳，代入式（）可得鲤：三一”（）”。”。堕：一”。在期望的情况下是时变的，唬为给定值，是不变的，则第二章三相电压型变流器原理概述；：三一艺”。盟：一心：”。（）堕：一屹。式（）减去式（）得等三（虬峨虬钙）一她：一乙一（

23、，。）（）缱一心怂心醢相当于。丢去。怫亿其特征值为争差（）根据劳斯判据可知笙，墨（）都成立，所以系统是稳定的。三相电压型变流器控制方法概述如今，比较常用的三相电压型变流器控制方法主要分为基于功率控制的和基于电流控制的双闭环控制。其中，基于功率控制的双闭环控制如图所示，主要是通过外环控制得出指令功率，再通过内环功率控制，用实际功率跟踪指令功率。传统的内环功率控制运用扇区选择和开关表的方法，文献提出了运用双开关表，即交替采用有功功率和无功功率开关表；文献】提出了运用模糊控制隶属度函数代替传统的开关表，增强了系统鲁棒性；文献】彻底抛弃开关表而运用空间矢量调制的方法，简化了系统复杂性并达到预测控制的目

24、的。图基于功率控制的双闭环控制对于基于电流控制的双闭环控制如图所示，主要包括外环电压控制和内坏电流控制，两者相互依存，相互制约。外环电压控制为了使直流侧电压达到给定值，输出三相指令电流到内环；再通过内环电流控制输出三相控制信号，使实际电流跟踪指令电流。所以，无论是网侧性能还是直流侧性能，都同时会受到外环和内坏影响。以网侧功率因数为例，如果内环控制不佳，会使网侧电流无法跟踪给定值，使网侧产生很大谐波。同时，由于网侧电流的波动，会影响直流侧电压的波动，同时又会影响直流侧性能。由于直流侧电压的波动，又会影响外环控制，即输出的指令电流的波动，于是影响网侧电流品质，又会影响直流侧电压，循环往复，整个系统

25、性能下降。所以，只有内环控制和外环控制方法都要优越，才能提高系统交流侧或直流侧性能。图基于电流控制的双】环控制对于大多数外环控制方法，调节器【】【】是最常用的方法，但由于其鲁棒性不佳，整定困难，尤其是在高频控制下，几乎不能使调节参数设得最优，故提出了一系列改进方案。文献【】提出了混合模糊调节方法，即内坏运用神经网络，外环运用模糊控制与调节器结合的方案，增加了系统复杂性。文献和提出了滑膜变结构控制的方法，由于此方法需要额外系统参数，：，负载电阻值以及直流侧电容值等，虽然性能优越，但鲁棒性变弱。文献【】和【】提出了直流侧负载前馈控制方法研究，可以很好的提高起始上升过程和抗扰性能，而且减少了对参数的

26、依赖，但由于增加了电流传感器而提升了系统造价，于是文献根据能量守恒定律，提出了无电流传感器的负载前馈控制策略，能够达到与传统负载前馈控制策略相同的控制结果，但同时又增加了处理器的计算量。文献提出的的单输入空间矢量控制器能够代替传统的调节器，使网侧谐波含量更少，直流侧电压波纹更小，而且能够在电网不平衡系统下运行，是个非常有发展潜力的外环调节方法。总之，对于外环电压控制，其目的是广泛的外环输出电压范围，稳定的输出电压，快速的调节，抗扰性能【佳，无稳态误差，与内环控制的兼容性良好，快速的动态响应阶段等，是整个变流器系统运行优越性的重要因素。对于内环电流控制方法，主要分为典型控制和控制，前者通过选择开

27、关状态来输出控制信号，后者通过调制信号与三角载波的比较输出控制信号，二者最常用的方法分别为滞环控制和空间矢量控制，其主要在第三章进行描述。第三章三相电压型变流器传统电流控制方法第三章三相电压型变流器传统电流控制方法如今，电流控制方法多种多样，主要分为间接电流控制【】和直接电流控制【】两种方案，由于后者实时性较高，是本文介绍的重点。常用的直接电流控制包括线性控制【、非线性控制【】、单周期控制、预测控制【】、无差拍控制】等，近年来又延伸出李亚普诺夫控制【、最优控制【】、重复控制【】、智能控制【】等新颖的方法。无论何种控制策略，大多主要是通过滞环控制（）和空间矢量调制（）两种方法实现的。本文主要对这

28、两种方法进行阐述。滞环电流控制方法传统滞环电流控制瞢口应一圆口口卜§，卤一卜§卤一千，对图滞环电流控制流程图传统滞环电流控制流程图如图所示，外环控制部分得出的三相电流指令信号、与实际电流信号作比较，其差值用。、越来表示。设为单相滞环宽度，当时，说明此相的电流值过小，使。，上桥臂闭合；当一时，说明此相的电流值过大，使。，下桥臂闭合。通过这种简单的控制方法，实现了每相电流尽量保持在，】的范围内。一般情况下，滞环宽度越小，开关频率越高，一般其内环跟踪效果越好。但开关频率高会增加开关损耗，降低了变流器工作效率。为了满足开关损耗和跟踪效果两方面要求，一些文献提出了滞环宽度可变的方法。

29、文献提出了按照下弦变化的环宽，如图所示，并分析了与传统固定滞环宽度相比二者之间差异性。在此基础上，文献结合了二者优势，提出了新型滞环宽度变化形式，使滞环控制性能进一步改进。但这种第三章三相电压型变流器传统电流控制方法滞环宽度改变策略会明显增加低频电流谐波，同时开关频率会在指令电流零点处明显增加。文献提出了开关频率固定的滞环宽度改变策略，但这种方法会增加更多的信号处理过程并增加控制复杂性。为了兼得控制的简便性和优越性，一些文献提出了基于空间矢量的滞环电流控制方法。（）固定环宽（）正弦环宽图固定环宽与正弦环宽基于空间矢量的滞环电流控制基于三相静止坐标系的滞环控制由于各相独立控制，没有考虑相与相之间

30、的耦合关系，其不协调性增加了整个系统的开关损耗。于是，基于空间矢量的滞环电流控制的提出，有效地解决了此问题。文献提出的滞环电流控制方法，即将三相误差电流信号。、缸经过变换后得到的和厶，分别与滞环宽度进行比较，得出的值通过开关矢量表决定输出的开关函数。文献的方法无需变换，每一相误差电流信号与两个滞环宽度进行比较，得出的六个值通过开关矢量表决定输出的开关函数。文献将电流误差矢量坐标在口轴划分为个滞环带，在轴划分为个滞环带，同样是经过变换和查表法选择开关状态。这三种基于空间矢量的滞环控制方法，都是通过选择滞环宽度并与实际电流进行比较确定电流误差矢量位置，再通过查表法选择最佳开关矢量状态，使电流变化方

31、向与误差电流矢量的方向尽量相同。由于这种方法的目的是选择更合适的电感电压以确定电流变化的方向能够减小误差电流，所以理论上讲，这种方法可以大大减小开关次数。文献将这几种方法与传统滞环控制方法做了仿真比较，基于空间矢量的滞环电流控制的开关频率可以大大减少，充分说明了其优越性。滞环宽度的选择（）环宽为零（）环宽不为零图谐波的不平衡性滞环电流控制方法简便，易于实现，但由于开关频率不固定的特点，需要用采样频率进行限制。即每采样一次，运行一次主程序，使开关频率不会超过采样频率的一半。同时，滞环宽度也会影响开关频率。滞环宽度越小，一般开关频率越大。但是，并非滞环宽度越小，其网侧谐波就越少。如图所示，图（）为

32、环宽为零的情况。虚线为指令电流，实线为实际电流。当实际电流刚刚经过指令电流时，即发生翻转，使得实际电流大多在指令电流的一侧，虚线为实际电流的平均值，可以看出，由于虚线和虚线的偏移，而且这种偏移是不固定的，有时在指令电流上方，有时在指令电流下方，这种不平衡性可能会导致更大的高次谐波。当环宽适当增加时，如图（）所示，实际电流就会平均包围指令电流。所以，适当的选择滞环宽度会使性能达到最优。空间矢量电流控制方法滞环控制虽然具有简便快速等优势，但由于三相开关同时开通或关断，会对网侧电压产生很大的干扰。而且，由于其开关频率不固定性，以及不能最准确的跟踪指令电流，导致其稳态性能及动态性能皆不能达到最佳。随着

33、、等高速运算数字电路的发展，更复杂的算法也可以快速实现。于是空间矢量电流控制越来越受学术界关注。空间矢量的一般问题讨论通过图及第二章的解释，将式（）代入（）可得已一（。）。，一（驯（）【已一弘。）将种开关模式分别代入到式（）中，可得到个基本电压矢量。其对应的种开关状态，及其对应的交流侧输出电压值，如表所示。表种开关状态对应的基本电压欠量将个基本电压矢量表示在同一平面中，如图所示。某一种开关状态就对应着一个电压矢量。任意给定交流侧输出电压矿都可以用相邻电压矢量和零矢量进行合成得到。这样，通过合成。，即可输出对应的控制信号。图基本电压矢量分布第三章三相电压型变流器传统电流控制方法空间矢量电流控制图

34、空间矢量电流控制空间矢量电流控制，即将实际电流跟踪给定电流的过程，转化为合成给定电压矿。的过程。这样，问题的关键就转化为了如何更好的设计电流控制模型，进而求得，如图所示。图解耦线性控制传统的空间矢量电流控制是基于旋转坐标系的方法，如图，前馈解耦方式和线性调节器如下式巧一用（一）一白（）呓一（）由于为有功分量，为无功分量，所以和都为零。进而得出了旋转坐标系下的给第三章三相电压型变流器传统电流控制方法定电压，经过反变换和矢量合成，即可得出三相控制信号。但由于普通的线性调节器参数整定困难，不容易确定最佳值，文献提出了一种非线性调节器代替调节器，不但简化了参数整定问题，而且提高了动态性能。其公式如下（

35、）口（）州鲫删鲁（）至今，大多数空间矢量控制方法都要通过复杂运算，求出给定电压。但这些方法由于占用大量运算时间，使得实时性降低。简便的空间矢量电流控制算法更适用于实际工作中去。简便空间矢量电流控制方法圪圪图不同的开关模式对应的电感电压矢量分布早在年，在文献就提出了一种简便的空间矢量电流控制方法，并对这种方法的动态性能和稳态性能做了分析，但没有给出实验方法和结果。由于此方法无需调节器，及变换，也无需解耦环节，故实现方法非常简便。在年的文献中，用简单的单片机实现出了这种方法。其控制原理为：设定电流方向为直流侧到交流侧，不同的开关状态对应的电感电压为瓦上等瓦埘一面（）其中云为电源矢量，为网侧电阻，为

36、网侧电流矢量，瓦为不同开关模式对应的网侧输出电压矢量，弦为不同的开关模式对应的电感电压。设第三章三相电乐型变流器传统电流控制方法（）代入式（）可得吃圪一（）对于期望值可以表示如下嘭（）同时设误差电流矢量为面：（）为了消除面，电流变化方向衫疣应该与面方向相同，故期望的电感电压为露工等净，于是，给定网侧输出电压矢量应该满足矿西露一了（）各矢量分布如图所示。这样，只需合成，即可使电感电压达到要求，使实际电流朝着给定电流方向变化。第四章改进空间矢量电流控制方法传统的简便空间矢量电流控制方法可以满足简便性和快速性的基本要求，但仍存在有待改进之处。对于动态阶段，即当系统开始运行或出现扰动时，误差电流将非常

37、大，以致无法在丁时刻内消除。这样，对于式（），所求的期望的电感电压将不会产生与方向相同的电流变化方向。对于稳态阶段，由于处理器的计算延迟时间和控制周期，将产生一定的控制滞后性，于是不能准确快速的跟踪指令电流。本章节将提出两种改进方案，分别提高简便空间矢量电流控制的动态性能和稳态性能。动态性能改进策略控制原理图各矢量分布图设定面的相邻电感矢量为瓦和巧，此时，矿的相邻网侧输出电压矢量为巧和巧，如图所示。为了消除误差电流，合成方法如下：孚乃事写字墒（）式中，巧和乃分别为相邻矢量执行时间，为零矢量执行时间。当执行巧时，电感电压为瓦；当执行巧时，电感电压为巧；当执行零开关状态矢量时，即巧或巧时，电感电压

38、为一孑。如果面很小，可以在一个控制周期内消除掉，需要零矢量进行补偿，则艿并丁。如果面很大，以致无法在一个控制周期内消除掉，只需要相邻矢量进行合成，则万并且瓦。实际上，用电感电压来合成以致达到正确的电流变化方向，是通过合成网侧输出电压来实现的，即互杉弓巧矿，（）这里，执行时间应满足乃乃五（）其中，乃为相邻矢量露和巧执行时间总和。将式（）代入（）得到乃形乃匕一万三（）代入式（），由于瓦，可以得到矿：万面丁西（）所以，求出网侧输出指令电压矿的前提是求出参数万。指令电压矿的求法巧吃图电感电压矢量。及参考轴分布情况设电感电压矢量瓦与面方向相同，其始端在矢量厅终点处，终端达到由瓦构成的第四章改进空间欠量电

39、流控制方法六边形的一条边上，如图所示。也就是说，当面很大时，瓦是只由相邻矢量瓦和巧合成的电感电压矢量。设参数妒为妒：箬妒露（）不考虑控制周期，盈由瓦和巧合成消除的时间设为，则却（）如果瓦，说明只用相邻矢量合成是不够的，还需要零矢量来进行补偿，此时万；当，在控制周期内用相邻矢量不能消除误差电流，如果增加零矢量会使下甲电流的跟踪性能缓慢，此时÷。于是式（）就变为了气却。一（如果）却巴三面丁可（）（如果却丁且面缈厅参数缈的求法瓦图对应于各扇区的参考轴乓分布图以下定义一些矢量和变量坐标面馘椰棚厅加柏（）矿呓嵋州虻口州第四章改进空间欠量电流控制方法为了求出参数伊，需要借助参考轴巧，即坐落于六个

40、扇区的参考轴分别垂直于轴、轴、轴，如图所示。这样，图就可以借助石来计算。面、弦、矽在参考周写上的投影分别用石（面）、写（瓦）、耳（西）来计算。由于面与瓦方向相同，通过式（）可以得出妒：酬车量！型里（）炉嗣黼鞴这样，只要确定某一扇区的参考轴，此扇区的参数够即可求出。图的分区及吃、吃、吃分布情况对于图所示的情况，面所在区域可以分为，如图所示。每一个区域，对应着一对相邻电感矢量瓦和巧。假如面坐落在区域，应运用参考轴写来计算驴；假如面坐落在区域，应运用参考轴磊来计算妒，其他情况类似。式（）可以普遍化为舻器（）了一如果斫坐落在区域，根据图可以知道写（面）孚（一）且写（万）：孚（一心），这样（）即可解出。类似这种方法，所有情况的缈可以通过表得出。第四章改进空间久量电流控制方法表一各扇区对应的够计算方法表扇区判定方法但是，由于矢量【，和在不断变化，心所在区域不容易求出。但可以看出，无论，和怎样变化，如果坐落在区域，它必定坐落在扇区或或。换句话说，只要按照表求出所在扇区，世一定会坐落于（）詹或瓯或（）盛区域中的一个。真正所在的区域，与其他两个区域相比，其对应的矢量巧，一定与面方向相同的