发布时间 : 星期一 文章三相四象限PWM可控整流器仿真平台设计更新完毕开始阅读4555043a51e79b89680226c3
直接功率控制的主要思路是由全控型器件开关状态来估计有功和无功。当整流器六个IGBT在不同开关状态时，有着不同的瞬时有功和无功，通过控制IGBT开关状态，就可直接对功率进行控制。
直接功率控制有基于电压和基于虚拟磁链两种控制策略，本文仅针对前者进行阐述。
整流器输入端的有功分量P与无功分量分别为：
dibdic??diap?L?ia?ib?ic??vdc?saia?sbib?scic? （2.18）
dtdt??dtq?1??diadic??3Lic?ia?vdcsaib?ic?sbic?ia?scia?ib??????????????
dt?3??dt?（2.19）
这种控制方式忽略整流器输入端电阻R，根据有功和无功估算式，由交流侧电流ia，ib，ic，整流器开关状态
时有功和无功功率。
sa，sb，sc以及直流侧电压vdc来计算瞬
设三相电路各相电压和电流的瞬时值分别为ua,ub.uc和ia,ib,ic，经过坐标变换到?????下，可以得到两相坐标系下的电压u?,u?和电流i?,i?。电压和电流可以分别合成旋转的电压矢量和电流矢量，两个矢量的夹角为?，定义三相电路的瞬时有功电流定义三相电路的瞬时有功电流ip和瞬时无功电流iq分别为电流矢量i在电压矢量u及其法线方向的投影，即:
??ip?icos? （2.20）
?iq?isin? 定义三相电路瞬时有功功率p电压矢量的模和三相瞬时有功电流的乘积，三 相瞬时无功功率q为电压矢量的模和三相电路瞬时无功电流的乘积，即:
?p?uip?uicos? （2.21） ??q?uiq?uisin?控制框图如下：给定与估算的有功和无功比较，其误差经过滞环比较器和复平面扇区识别器后，实时地决定整流器下一次开关状态，最终达到对功率的控制。
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图2.11 基于电压的直接功率控制框图
如图2.11中略去了电阻R。直接功率(DPC)控制系统包括直流电压外环、功率内环结构;由交流电压、电流检测电路和直流电压检测电路、3/2变换，功率估算器、扇形划分器、功率滞环比较器、开关表及电压外环。瞬时有功与无功功率 根据检测到的电流ia,ib,ic及ua,ub,uc。由等功率3/2坐标变换得到两相坐标系下的电压u?,u?和电流i?，i?,今，然后得到瞬时有功和无功功率的估算值p、q, p和q与给定的pref和qref比较后的差值信号送入功率滞环比较器，得到Sp、Squ?，根据?确定u的位置划u?分扇区，得到扇区?n信号。pref由直流电压外环PI调节器的输出(代表电流)与直
开关信号;扇形划分由u?,u?确定u的幅角??arctan流电压的乘积设定，qref设定为0,以实现单位功率因数。根据Sp,Sq、?n在开关表中选择所需的Sa,Sb,Sc去驱动主电路开关管。
由于直接功率控制PWM整流器采用瞬时功率控制，具有高功率因数、低总谐波失真（THD）、算法及系统结构简单的特点，引起了很多研究人员的关注。
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3 系统参数设计
在三相PWM整流器设计中，主电路交流侧电感L和直流侧电容C的选择对整个整流器各方面性能的影响都是至关重要的。仿真分析作为科学研究的重要辅助工具，对系统的设计起着指导作用。本章将在下面详细介绍这两个参数的设计原理和整流器系统的仿真分析。
3.1 交流侧电感设计
在三相PWM整流器系统设计中，其交流侧电感的取值不仅影响到电流环 的动、静态响应，而且还制约着PWM整流器的输出功率、功率因数以及直流 电压。其主要作用可以归结如下[15]:
(1)隔离电网电动势与PWM整流器交流侧电压。通过PWM整流器交流 侧电压(或电流)的相位、幅值的PWM控制可实现PWM整流器的四象限运行。 (2)滤波。滤除交流侧PWM谐波电流，实现PWM整流器交流侧正弦波 电流控制。
(3)使PWM整流器具有Boost变换的性能。
<4)使PWM整流器具有良好电流波形的同时，还可以向电网传输无功 功率，甚至实现网侧纯的电感、纯电容运行特性。
(5)使PWM整流器控制系统获得了一定的阻尼特性，有利于控制系统 的稳定运行。
忽略交流侧等值电阻，整流器的工作方程如下:
Ldim?um?kmu0 （3.1） dtdim?um?kmu0 m=a,b,c （3.2） dt式中，
LU0为输出直流电压。
以A相为例，改写为增量方程:
?ia?Ts?ua?kauo? （3.3） L其中，TS一开关周期。 从前面的分析可知，无论电感L的值选择是过大或过小均会对整流器的性能产生很大的影响。同样以A相为例，电流在跟踪参考信号的过程中，电流波动量?ia在每个开关周期中均不能超过最大给定的波动值?iamax。考虑最坏情况，即在电流峰值附近(理想情况下，此时的相电压也为峰值)，谐波电流的脉动最严重，电感应该足够大。此时有:
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?ia?Ts?2?2Ua?uo???iamax （3.4） ?L?3?2??TS?2Ua?uo?3??知L? （3.5）
?iamax式中
Ua——A相相电压有效值;
Iamax——A相电流的峰值;
?iamax——A相电流允许最大脉动，一般情况下为20%i。
当电感L取得过大时，实际电流对给定电流的跟踪性能会变差。当电流过零
amax时，电流变化率最大，要求电感L足够小才能满足快速跟踪的性能指标要求。此时，电流的跟踪速度应该大于电流的变化率。由此可得下面的关系式:
式中，?——-交流电源角频率
2uoIamaxsin?Ts???ia3?? （3.6） TSLTs2uoTS3故有I? （3.7）
Iamaxsin??TS?在电流过零时有
22uoTSuo3L??3 （3.8） Iamaxsin??TS?Iamax?本系统实际参数为：输入交流电源相电压有效值U = 220V，输入电流峰值Imax=10A，允许最大电流脉动?Imax?20%Imax?2A，角频率??100?，输出直流电压uo=600V。由式(5-4)和式(C5-7)计算可知，此时可以选择电感L=20mH。经仿真验证，本系统最终选择L=20mH。
3.2 直流侧电容设计
在P我们整流器主电路参数设计中，除交流侧电感参数的设计外，直流侧电 容的设计是另一个重要的参数设计，PWM整流器直流侧电容的主要作用如下：
(1) 缓冲PWM整流器交流侧与直流负载间的能量交换，且稳定直流侧的输出 电压。
(2)抑制直流侧谐波电压，为高频部分提供通路。
一般情况下，为了满足电压控制的跟随性能指标，直流侧的电容应该尽可能 的下，确保直流侧电压的快速跟踪控制;另一方面，为了满足输出直流电压的稳定性即抗扰性性能指标，直流侧电容应该尽可能的大，以限制直流电压的脉动。
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