三相电压型PWM整流器直接功率控制策略研究

马亚锋，李银兴（.宝鸡职业技术学院，陕西　宝鸡　703；.宝鸡文理学院，陕西　宝鸡　7000）

三相电压型PWM整流器直接功率控制策略研究

马亚锋1，李银兴2
（1.宝鸡职业技术学院，陕西宝鸡721013；2.宝鸡文理学院，陕西宝鸡721000）

摘要：二极管整流器功率因数很低，对电网会造成大量的谐波，从而会增加电网的输出电压损耗，严重影响设备的正常运行。PWM整流器能够有效解决这一问题，控制技术是PWM整流器发展的关键，本文详细的分析了三相电压型PWM整流器直接功率控制策略，为PWM整流器更好的应用到工业领域做好预研工作。

关键词：二极管;PWM整流器;直接功率控制

0　前言

目前，随着电力电子技术的不断发展，电子设备在工业领域的应用已经非常普及，而其所产生的谐波污染已经越来越受到人们的关注，尤其是整流环节对电网造成的危害已经严重制约了电子设备的发展。因此我们引入了PWM整流器，PWM整流器具有低谐波污染、能量双向流动、恒定直流电压控制等优势，在电气传动、高压直流输电等多个领域有着非常广阔的应用前景。

而PWM整流器的发展最大的问题也在于其控制技术的发展，目前的控制策略主要有直接电流控制、间接电流控制、非线性控制、直接功率控制等。而直接功率控制策略由于机构、算法简单、方程容易实现，因此得以广泛应用。

1　三相电压型PWM整流器工作原理

整流器是最早出现的一种AD/DC转换器，它的发展经历了不控整流、相控整流到PWM整流的过程。由于PWM整流器采用全控型器件，因此它可以完全在四象限运行而不受任何限制，进而可以实现电能的双向传输。即当电网上的能量输送到PWM整流器时，它会运行在整流工作状态，网侧电压和电流相位相同；而当它将能量输送给电网时，它会工作在有源逆变状态，网侧电流和电压反相位。

2　三相电压型PWM整流器直接功率控制策略

其实三相电压型PWM整流器本身就可以直接对功率进行控制，通过对功率的监测，与之前给定的值进行比较后选择适当的空间电压矢量达到对功率进行控制的目的。其控制策略常见的主要有基于输出调节子空间的直接功率控制（ORS-DPC）、基于虚拟磁链的直接功率控制(VF-DPC)和电压定向直接功率控制(VO-DPC)三种。

2.1基于输出调节子空间的直接功率控制策略（ORS-DPC）

基于输出调节子空间的直接功率控制技术（ORS-DPC）系统的控制电路主要由直流电压平方外环和功率内环组成。ORS-DPC是一种将瞬时有功功率和无功功率作为输出，利用输出调节子空间的概念提出的控制策略。ORS-DPC控制系统将输入空间划分为四个区域，通过开关表矢量选择调节系统状态，因此，具有更好的动态性能。ORSDPC系统基本原理是将传感器检测到的电压电流信号经过变换后计算出来的p、q与设定值进行比较，得到瞬时功率的差值信号，然后选择合适的控制矢量将系统状态稳定下来。

2.2基于虚拟磁链的直接功率控制策略(VF-DPC)

虚拟磁链控制就是将三相电压型PWM整流器输出侧虚拟为一个交流电机，滤波电感和等效电阻等效为电机的电子电感和电子电阻，取消了交流电压传感器，通过虚拟磁链的方法对瞬时功率进行估算，根据与给定的功率进行比较后送入功率滞环比较器，然后利用输出与扇区识别器确定整流器的开关状态。这种控制策略具有较低的采样频率，在三相电压不稳定的情况下产生的电流谐波相对较低。

2.3电压定向直接功率控制策略(VO-DPC)

三相电路瞬时功率不再以平均值为基础，而是系统的定义了瞬时功率量。VO-DPC是最早出现的一种直接功率控制方式，它的工作原理是将采样母线电压和给定的参考母线电压相比较的误差经过调节器得出有功参考电流，利用参考电流与母线电压的乘积作为参考有功功率，根据公式用检测到的网侧电流与直流母线电压计算得出瞬时有功、无功功率，然后将它们一并送入滞环比较器，由电压矢量所处的扇区和开关信号确定三相电压型PWM整流器的状态。VO-DPC系统具有控制算法简单，不需要PWM调制模块，动态响应速度较快，输入电流畸变率较低等优点，但是其交流侧电感的选取相对难度较大，对传感器的精度和系统采样频率的依赖程度较高。

除了以上三种直接功率控制策略之外，还有基于双开关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设置扇形边界死区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

随着电子技术的不断发展，系统要求整流器具有更小的电流畸变率、较小的直流侧纹波系数、较高的功率因数等，因此三相整流器直接功率控制策略也会相应的从以下几个方面进行不断发展和改进。

（1）常规控制策略的设计无法保证控制系统大范围扰动的稳定性，因此在系统稳定性方面还需深入的进行研究，提出一个以系统稳定为前提的控制策略;（2）在三相电网不平衡条件下整流器会出现直流侧电压和交流侧电流谐波幅值增大，严重时可能会损毁整个装置，因此，这方面也有待进一步的研究;（3）传统整流器系统鲁棒性较差，因此在DPC控制策略中引入如模糊控制器、网络控制器等智能元素，也有待我们进一步的进行研究。

4　结束语

本文重点介绍了三种三相电压型PWM整流器直接功率控制策略以及它们的优缺点，并对三相整流器直接功率控制策略的发展方向做了展望，提出了三相电压型PPWM整流器研究的思路，希望能够为三相电压型PWM整流器研究工作者提供一些参考。

参考文献：

[1]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(03).

[2]陈伟.三相电压型PWM整流器的直接功率控制技术研究与实现[D].武汉:华中科技大学,2009.

[3]殷振环.PWM整流器直接功率控制研究[M].北京交通大学出版社，2005(05).

[4]王久和,李华德.电压型PWM整流器直接功率控制系统[J].中国电机工程学报,2006,(18):54-59.

课题项目：本论文受宝鸡市科技局科研项目资助（项目编号：2013R1-2；2013R1-3）

作者简介：马亚锋(1979-),男，陕西宝鸡人，硕士。