三相电压型PWM整流器直接功率控制方法综述

1、 三相电压型 PWM 整流器直接功率控制方法综述/tech/intro.aspx?id=565点击数： 260刘永奎， 伍文俊（西安理工大学自动化学院电气工程系， 陕西西安 710048）摘要 首先介绍了三相电压型 PWM 整流器的拓扑结构，在此基础上，对当前应用于 PWM 整流器的直接功率控制策略进行了对比分析，介绍了其实现机理和优缺点，最后，对直接功率控制在三相电压型 PWM 整流器中的控制技术进行了展望。关键字 PWM 整流器；直接功率控制；综述Summary about Direct Power Control Scheme of Three-Phase VoltageSource P

2、WM RectifiersLIU Yongkui， WU Wenjun（Xian University of Technology， Xian Shannxi 710048 China）Abstract The topological structure of three-phase PWM rectifiers is introduced. On this basis, severalDPC methods of three-phase voltage source PWM rectifiers were introduced and compared. At last, thepros 原

3、 per of the control scheme development trends in three-phase PWM rectifiers is presented.Keywords three-phase PWM rectifiers；direct power control；summary1 概述三相电压型 PWM 整流器具有能量双向流动、网侧电流正弦化、低谐波输入电流、恒定直流电压控制、较小容量滤波器及高功率因数（近似为单位功率因数）等特征，有效地消除了传统整流器输入电流谐波含量大、功率因数低等问题，被广泛应用于四象限交流传动、有源电力滤波、超导储能、新能源发电等工业领域。P

4、WM 整流器控制策略有多种，现行控制策略中以直接电流、间接电流控制为主，这两种闭环控制策略 本文将介绍三相电压型 PWM 整流器主电路的拓扑结构和基于 DPC 的控制策略，并进行对比分析，在此基础上对 PWM 整流器的控制策略进行展望。近年来对于三相电压型PWM 整流器拓扑结构的研究在小功率场合主要集中在减少功率开关3和改进直流输出性能上；对于大功率场合主要集中在多电平4、变流器组合以及软开关技术上5。目前较成熟的拓扑有两电平和三电平 PWM 整流器结构。 3 直接功率控制方法 （1）开关频率不固定，为交流侧电感的选取增加了难度；（2）对传感器转换精度和系统采样频率的依赖程度高。3.2 基于虚

5、拟磁链的直接功率控制(VF-DPC) 传统理论中的有功功率、无功功率都是定义在平均值的基础上，只适用于电压、电流为正弦波的情况；而瞬时功率理论的概念是建立在瞬时值的基础上，对正弦、非正弦电压和电流的情况都适用12。 基于空间矢量的直接功率控制（SVM-DPC）用空间矢量PWM 调制模块和 PI 环节取代了传统 DPC 系统中的开关矢量表和功率滞环14-16。 基于功率预测的 DPC 系统17-19可以分为定频率和不定频率两种。文献18详细介绍了两种 PDPC 各自的控制算法并做了仿真研究，从两者的仿真结果来看定频控制的效果较优。图 7 给出了基于功率预测的定频直接功率控制系统框图，系统通过功率

6、预测模型得到当前瞬时功率，并结合给定功率选择最佳的电压矢量序列和其对应的作用时间，来控制 PWM 整流器在恒定开关频率下的运行。 3.6基于功率解耦的直接功率控制图 8 是采用无源性控制实现功率解耦的直接功率控制结构框图22。有功功率给定可由公式（17）计算得到，公式（18）、（19）给出了具体的无源功率控制律。将 Sd、Sq 代入整流器数学模型22得到公式（20）、（21），可以看出 P、Q 的表达式中不再含有传统 DPC 控制策略功率表达式中的耦合项。 与现行功率控制相比，功率解耦控制使整流器具有如下优点：（1）更快速的功率和直流电压跟踪能力；（1）算法复杂；（2）控制效果依赖于估计参数值

7、 Ra1、Ra2 的准确性。3.7基于双开关表的直接功率控制 3.9 其它改进型直接功率控制策略由于传统 DPC 对有功调节能力较弱，文献26采用了变无功给定的方式，增加对有功的调节能力，改进了功率响应速度。 为了更准确的得到电压矢量的相位角，有学者将锁相环（PLL）引入到了 PWM 整流器 DPC 控制之中，通过检测交流侧输入电压相位来实现对电压矢量的定位。4 三相整流器直接功率控制策略的展望随着电力电子技术和控制理论的发展，三相 PWM 整流器的控制策略的研究将不断深入，根据对整流器本身的性能要求，像更小的电流畸变率、减小直流侧纹波系数、进一步提高功率因数等，其相应的控制策略主要向以下几个

8、方面发展1。1）针对具有非线性多变量耦合特性的电压型 PWM 整流器模型，常规控制策略及其控制器设计的不足之处在于无法保证控制系统大范围扰动的稳定性。为此，学者们提出了基于稳定性理论的 DPC 控制策略，以改变系统的鲁棒性。2）针对在三相电网不平衡时整流器出现直流侧电压和交流侧电流低次谐波幅值增大，同时产生网侧电流的不平衡，严重时可损坏整流装置。有学者在电网不平衡条件下的整流器 DPC 控制策略方面也做了一些工作29。3)由于多电平三相 PWM 整流器在控制电流谐波、稳定直流电压、更高的转换容量等方面存在着突出的优势，有学者也对多电平的 DPC 控制策略做了研究30。4)由于传统整流器控制系统

9、都是在电网平衡、功率开关器件为理想模型基础上给定的，所以系统鲁棒性较差，针对这些问题，有学者尝试将智能控制，如神经网络控制器、模糊逻辑控制器等应用到整流器 DPC控制策略中，来予以解决。5 结语本文首先介绍了直接功率控制在三相电压型 PWM 整流器中的应用优势并说明了其控制思路，重点介绍了三相电压型整流器的两电平、三电平电路拓扑结构，以及当前直接功率控制的主要方法和实现原理，最后对三相 PWM 整流器的直接功率控制技术的发展方向做了展望。作者简介：刘永奎(1985-)，男，陕西韩城人，硕士生，研究方向为新型电力电子装置与系统。伍文俊(1967-)，女，江西上高人，讲师，博士生，研究方向为电力电

10、子装置、多电平变换器。参考文献：1 张兴. PWM 整流器及其控制策略的研究D.合肥工业大学，2003.2 王久和，李华德. 一种新的电压型 PWM 整流器直接功率控制策略J. 中国电机工程学报，2005, 25(15). 3 Shied J-J, Pan C-T, Cuey Z-J. Modelling and Design of a Reversible Three-phase Switching Mode RectifierJ.IEE Proc. Electr Power Appl, 1997,144 (6), 389-396.4 Rodriguez J, Jih-Sheng Lai,

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19、and Motion Control Conference C援 Shanghai，200621 王久和，杨微，李华德援功率前馈电压型PWM 整流器直接功率解耦控制J援辽宁工程技术大学学报，2007，26(2)：238-24122 王久和，黄立培，杨秀媛援三相电压型 PWM 整流器的无源性功率控制J援中国电机工程学报，2008，28(21).23 Gerardo Escobar, Aleksandar M Stankovic, Juan MCarraso, etal. Analysis and Design of Direct PowerControl (DPC) for three Phas

20、e Synchronous Rectifier via Output Regulation Sub-spaces J. IEEE Transactionson Power Electronics, 2003, 18(3): 823-830.24 王久和，李华德，李正熙. 电压型 PWM 整流器直接功率控制技术J. 电工电能新技术，2004，23 (3).25 Bouafia A Krim, F Gaubert J-P. Direct Power Control of Three-phase PWM Rectifier Based on FuzzyLogic ControllerJ. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2008,323-328.26 王栓庆，王久和，王立明