單相PWM整流器的直接電流主要控制策略分析

摘 要：伴隨著我國科學技術以及相關電力技術的不斷發展，現階段我國的電力系統非常發達，同時電力系統中使用的設備也變得種類繁多，功能齊全。在這種狀態下，一旦使用大量的電力設備就會導致我國的電力系統中出現電流超負荷以及電壓超負荷。我國現階段解決這種問題的辦法之一就是使用單相PWM整流器來進行電流控制。文章主要針對單相PWM整流器的直接電流控制策略進行詳細的闡述以及分析，希望通過文章的分析以及闡述能夠有效地提升我國電流控制的效果，同時也為我國電力系統的進一步發展以及創新貢獻力量。

關鍵詞：單相PWM整流器；直接電流的控制；分析；控制策略

我國近些年的電子設備尤其是帶有一定功率的電子設備正在越來越多的被應用，這樣的狀況就直接導致了我國的國家電網系統承載了越來越多的非線性電力負載，給我國國家電網中的電流以及電壓帶來了很多問題，其中諧波污染是一個較為突出的問題。為了解決這一問題，我國的電力系統引進了PWM整流器，通過整流器的有效處理，大大地提升了電力系統中的系統功率因數，這樣就會在很大程度上減少電網系統中的諧波污染。通過一段時間的應用，整流器的功能和使用效果逐漸被人們認可以及關注。在整流器工作過程中根據系統中的電感電流的運行狀態可以分析兩種工作模式。第一種是電流斷續的整流器工作模式；第二種是電流連續的整流器工作模式。上述兩種整流器工作模式中，電流連續的工作模式受到了更多的應用和重視，主要的原因是電流連續整流器的工作模式具有四個優點，第一個是連續電流的整流器能夠有效地進行小波紋的電流輸出；第二個是連續電流的整流器更加容易進行濾波操作；第三個是連續電流模式的整流器元器件的工作損耗?。坏谒膫€是連續電流模式的整流器能夠進行大功率的電流控制。在連續電流模式的整流器工作過程中，工作電流反饋量主要是有瞬間電流感應數值作為參考，這樣就能夠保障整流器在工作過程中進行直接電流的有效控制以及間接電流的有效控制。整流器對于間接電流的控制結構較為簡單，同時在控制過程中不需要電流傳感器的輔助，但是其最大的缺點是電流的控制反應較慢，有時候在間接控制的過程中會出現直接電流。同時間接電流控制對于電力系統中的各項參數的變動敏感度較低。相較于間接控制電流，直接控制電流能夠將整流器中的輸入運行電流作為系統反饋進行有效控制，在控制過程中形成一種閉環的電路，這樣就能夠有效地進行電流控制，能夠增強電流的系統流動以及電流的靜態性也會有一定程度的提升，最主要的是直接控制電流對于電力系統中的參數變化沒有敏感度，這樣就強化了電力控制系統中的魯棒性。因此在我國的電力系統中，直接電流控制有著非常廣闊的應用前景，并且現階段已經取得了較為顯著的成效，實現了電流控制的作用以及價值。

1 單相電壓整流器的工作原理

單相電壓整流器主要有三個部分組成。第一部分是交流回路；第二部分是功率開關橋路；第三部分是直流回路。單相電壓整流器的主要電流控制原理是在有效保障直流側電壓平穩運行的前提下，將交流側中的電流相位以及電壓相位盡量的保持一致，這樣就能夠將交流側的有效功率因數控制為一。

2 單相電壓整流器的直接電流控制技術

2.1 單相電壓整流器對于峰值電流的直接控制技術

單相電壓整流器的峰值電流控制主要是比較實時電流以及指令電流在瞬間的電流大小。在控制過程中，我們將指令電流作為實際電流的數值上限，在運行過程中實際電流的數值一旦達到了指令電流的極限，就要通過措施來衰減實際電流的電感值。在控制過程中電流感應的數值，電流傳輸線路的阻抗大小以及脈寬調制開關的實際頻率都會在很大程度上影響單相電壓整流器對于峰值電流的直接有效控制。峰值電流在實際的傳輸過程中主要有四個優點。第一個是峰值電流的電壓對于電壓輸入的變化反應較快；第二個是峰值電流對于控制環的設計較為容易；第三個是峰值電流能夠較為簡易的實現磁通平衡；第四個是峰值電流中的電路拓撲能夠受到有效的限制，阻止其對整個電流傳輸電路產生影響。

2.2 單相電壓整流器對于滯環電流的直接控制技術

在電力系統中的單相電壓整流器對于滯環電流的直接控制實際上是對于峰值電流直接控制的一種優化或者改進，是在峰值電流直接控制原理中增加了一項限制電流出現衰減下限。滯環電流的直接控制主要的原理就是將實際傳輸電流同指令電流進行瞬間數值比較，一旦實際電流的數值達到了指令電流的上限，就會才執行電流衰減動作，當電流衰減到一定的數值時，就會是實際電流數值重新上升，這兩個控制動作會循環往復的連續進行。這樣的控制實際上把電流的傳輸曲線控制成為了一條跳動鋸齒曲線。

2.3 單相電壓整流器對于平均電流的直接控制技術

單相電壓整流器對于平均電流的直接有效控制原理是在控制過程中把電感電流中的信號同鋸齒波產生的信號相加，一旦兩種信號相加的數值達到一定的基準上限時就會出現開關管斷開的動作；直到兩者相加之和在基準電流數值規定以下時，才能夠將開關管進行開通操作。需要注意的是，整個控制過程中取樣電流并不是開關電流而是實際傳輸電流。對于平均電流的控制主要的優點在于能夠精確的對跟蹤電流進行編程；能夠體現控制調試過程中的抗噪聲能力；能夠對各種拓撲電路進行電流輸入以及電流輸出的控制。

2.4 單相電壓整流器對于預測電流的直接控制技術

單相電壓整流器對于預測電流的直接控制主要的原理是在電流傳輸周期開始前，將輸入電壓，輸出電壓以及輸入電流進行分別采樣。我們在控制過程中將實際傳輸電流同參考電流之間的誤差作為下一個控制周期的優化參考。通過上一個控制周期的電流數值來有效的跟蹤下一個電流控制周期的電流數值。這樣能夠有效地實現電流穩態運行以及運行數值無誤差。這種控制的優點：開關頻率固定，動態性能良好，電流諧波小，器件開關應力小，數字實現簡單。

2.5 單相電壓整流器對于誤差拍的直接控制技術

無差拍控制是一種在電流滯環比較控制技術基礎之上發展起來的全數字化控制技術，利用前一時刻的電流參考值和各種開關狀態下變流器的電流輸出值，根據空間矢量理論計算出整流器下一時刻應滿足的開關模式，選擇這種開關模式作為下一時刻的開關狀態，從而達到電流誤差等于零的目標。采用無差拍控制的優點數學推導嚴密、跟蹤無過沖、動態性能好，易于計算機執行，可以消除穩態誤差，并在最短的時間內結束過渡過程，但它也存在魯棒性較差、瞬態響應超調量大、計算實時性強、對硬件要求很高等缺點。隨著數字信號處理器應用的不斷普及，這是一種很有前途的控制方法。

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