三相电压型PWM整流器直接功率控制方法综述

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1、实用三相电压型PWM整流器直接功率控制方法综述1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。　　PWM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需要复杂的算法和调制模块。而三相电压型PWM整流器直接功率控制（DPC）因具有控制方法简单、抗干扰能力强、良好的动态性能、可以实现有功无功的解

2、耦控制等诸多优点而被近年来广泛研究，控制方法也层出不穷[1-2]。　　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。2电路拓扑　　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。        文档实用       　　三相电压型两电平PWM整流器是最基本的PWM整流电路，因为结构简单、控制算法相对成熟

3、，得到了广泛应用。与其相比三电平PWM整流器每个桥臂多了两个开关管和两个箝位二极管，电路结构复杂、存在中点电位平衡问题、控制算法繁琐，但因此种电路具有更大的变换功率、更低的输入电流畸变率等优点，也被广泛研究应用。3直接功率控制方法　　直接功率控制（DPC）系统结构是以直流侧电压为外环、瞬时功率控制为内环的双闭环系统。　　从功率守恒的角度看，直接功率控制PWM整流器是在交流侧电压一定的情况下，通过控制流入整流器瞬时有功功率和无功功率，来达到控制瞬时输入电流的目的，从而获得预设的功率因数和功率流动方向。　　3.1基于电压的直接功率控制(V-DPC)文档实用       

4、                     　　与此前各种PWM整流器控制策略相较，该控制策略的突出优点在于：文档实用　　（1）不需要PWM调制模块、不需要电流闭环调节、借助于开关矢量表直接对有功功率与无功功率进行控制，控制算法简单；　　（2）系统具有更快的动态响应速度；　　（3）输入电流具有更低的畸变率；　　（4）瞬时功率的获取采用无电压传感器的预测模型，在一定程度上节约硬件成本。　　同时它也存在以下几方面不足：　　（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基于虚拟磁链的直接功率控制(VF-D

5、PC)                    文档实用         　　基于虚拟磁链的直接功率控制策略除了具有V-DPC的诸优点之外，还具有[10]：　　（1）较低的采样频率；　　（2）在输入三相电网电压不理想的情况下有更低的电流总谐波含量（THD）。　　同样VF-DPC也没有解决开关频率不固定的问题。　　3.3基于瞬时功率理论的直接功率控制　　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]。图5给出了基于瞬时功率理论的直接功率控制

6、系统框图[13]。控制原理与V-DPC相似，用计算得到的有功功率P、无功功率Q与功率给定做差，其结果经过功率滞环比较与电压矢量所在扇区兹n一起决定系统的开关状态。      文档实用　　与V-DPC、VF-DPC相比，系统虽然采用了额外的电压传感器，但瞬时功率的计算不依赖于系统开关状态，使算法大大简化，同时也提供了更准确的有功、无功功率瞬时量。同时该控制策略同样具有动态响应快、输入侧电流畸变率低等优点。缺点是：　　（1）开关频率不固定；　　（2）要求较高的采样频率。　　3.4基于空间矢量的直接功率控制(SVM-DPC)　　基于空间矢量的直接功率控制（SVM-DPC）

7、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]。       文档实用       　　空间矢量调制直接功率控制策略优点：　　（1）不使用非线性控制器；　　（2）开关频率是固定的，因此方便了网侧电感参数的选取；　　（3）降低了采样频率；　　（4）可获得任意方向电压矢量，不存在无功失调区；　　（5）具有更低的输入电流畸变率。　　缺点：　　（1）控制算法复杂化，瞬时功率的估算依赖系统当前开关状态；　　（2）多个PI环节使系统调试复杂度增加。　　另外为进一步得到更准确的瞬时功率，有学者提出了在网侧增加电压传感器的控制方案，