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（.寶雞職業技術學院，陜西　寶雞　703；.寶雞文理學院，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.寶雞職業技術學院，陜西寶雞721013；2.寶雞文理學院，陜西寶雞721000）

摘要：二極管整流器功率因數很低，對電網會造成大量的諧波，從而會增加電網的輸出電壓損耗，嚴重影響設備的正常運行。PWM整流器能夠有效解決這一問題，控制技術是PWM整流器發展的關鍵，本文詳細的分析了三相電壓型PWM整流器直接功率控制策略，為PWM整流器更好的應用到工業領域做好預研工作。

關鍵詞：二極管;PWM整流器;直接功率控制

0　前言

目前，隨著電力電子技術的不斷發展，電子設備在工業領域的應用已經非常普及，而其所產生的諧波污染已經越來越受到人們的關注，尤其是整流環節對電網造成的危害已經嚴重制約了電子設備的發展。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、恒定直流電壓控制等優勢，在電氣傳動、高壓直流輸電等多個領域有著非常廣闊的應用前景。

而PWM整流器的發展最大的問題也在于其控制技術的發展，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構、算法簡單、方程容易實現，因此得以廣泛應用。

1　三相電壓型PWM整流器工作原理

整流器是最早出現的一種AD/DC轉換器，它的發展經歷了不控整流、相控整流到PWM整流的過程。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行而不受任何限制，進而可以實現電能的雙向傳輸。即當電網上的能量輸送到PWM整流器時，它會運行在整流工作狀態，網側電壓和電流相位相同；而當它將能量輸送給電網時，它會工作在有源逆變狀態，網側電流和電壓反相位。

2　三相電壓型PWM整流器直接功率控制策略

其實三相電壓型PWM整流器本身就可以直接對功率進行控制，通過對功率的監測，與之前給定的值進行比較后選擇適當的空間電壓矢量達到對功率進行控制的目的。其控制策略常見的主要有基于輸出調節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基于輸出調節子空間的直接功率控制策略（ORS-DPC）

基于輸出調節子空間的直接功率控制技術（ORS-DPC）系統的控制電路主要由直流電壓平方外環和功率內環組成。ORS-DPC是一種將瞬時有功功率和無功功率作為輸出，利用輸出調節子空間的概念提出的控制策略。ORS-DPC控制系統將輸入空間劃分為四個區域，通過開關表矢量選擇調節系統狀態，因此，具有更好的動態性能。ORSDPC系統基本原理是將傳感器檢測到的電壓電流信號經過變換后計算出來的p、q與設定值進行比較，得到瞬時功率的差值信號，然后選擇合適的控制矢量將系統狀態穩定下來。

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整流器輸出側虛擬為一個交流電機，濾波電感和等效電阻等效為電機的電子電感和電子電阻，取消了交流電壓傳感器，通過虛擬磁鏈的方法對瞬時功率進行估算，根據與給定的功率進行比較后送入功率滯環比較器，然后利用輸出與扇區識別器確定整流器的開關狀態。這種控制策略具有較低的采樣頻率，在三相電壓不穩定的情況下產生的電流諧波相對較低。

2.3電壓定向直接功率控制策略(VO-DPC)

三相電路瞬時功率不再以平均值為基礎，而是系統的定義了瞬時功率量。VO-DPC是最早出現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過調節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，根據公式用檢測到的網側電流與直流母線電壓計算得出瞬時有功、無功功率，然后將它們一并送入滯環比較器，由電壓矢量所處的扇區和開關信號確定三相電壓型PWM整流器的狀態。VO-DPC系統具有控制算法簡單，不需要PWM調制模塊，動態響應速度較快，輸入電流畸變率較低等優點，但是其交流側電感的選取相對難度較大，對傳感器的精度和系統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，還有基于雙開關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置扇形邊界死區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

隨著電子技術的不斷發展，系統要求整流器具有更小的電流畸變率、較小的直流側紋波系數、較高的功率因數等，因此三相整流器直接功率控制策略也會相應的從以下幾個方面進行不斷發展和改進。

（1）常規控制策略的設計無法保證控制系統大范圍擾動的穩定性，因此在系統穩定性方面還需深入的進行研究，提出一個以系統穩定為前提的控制策略;（2）在三相電網不平衡條件下整流器會出現直流側電壓和交流側電流諧波幅值增大，嚴重時可能會損毀整個裝置，因此，這方面也有待進一步的研究;（3）傳統整流器系統魯棒性較差，因此在DPC控制策略中引入如模糊控制器、網絡控制器等智能元素，也有待我們進一步的進行研究。

4　結束語

本文重點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缺點，并對三相整流器直接功率控制策略的發展方向做了展望，提出了三相電壓型PPWM整流器研究的思路，希望能夠為三相電壓型PWM整流器研究工作者提供一些參考。

參考文獻：

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

作者簡介：馬亞鋒(1979-),男，陜西寶雞人，碩士。