浅述pwm型整流器

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1、浅述PWM型整流器061230105何卓电力电子技术是现代电工技术中最活跃的领域，并且在电力系统中得到日益广泛的应用。电力电子技术根据用电场合而改变电能的应用方式，即所谓“变流”，使得电能的应用更好地满足人们的需求，并通过功能和性能的提高产生经济效益和社会效益。因此，电力电子技术又被认为是电能应用的优化技术。除了线性功率放大的场合，电力电子装置中的功率器件大多工作于开关状态，这种电力电子装置不加控制的扩大应用，带来的一个副作用就是电网的“污染”。例如传统的二极管整流器和晶闸管相控整流器，其运行过程中，网侧电流均含有

2、大量谐波，且总的功率因数较低，大量应用所导致的电磁兼容问题可能会造成严重的后果，因此必须加以限制。环保意识的提高，促使人们在电力电子技术的发展中探索一条“绿色”之路。对变流装置而言，“绿色”的内涵应包括电网无谐波污染、单位功率因数，以及功率控制系统的高性能、高稳定性、高效率等传统变流装置所不具备的优越性能。“绿色”电能变换的需求呼唤着电力电子技术的发展，而电力电子技术的发展又促进了“绿色”电能变换的实现。PWM整流器作为各种电力电子应用系统与电网的接口，其发展方向是将变流技术与微电子技术和自动控制技术相融合，已成为

3、电力电子技术发展中的热点和亮点。PWM控制技术的应用与发展为整流器性能的改进提供了变革性的思路和手段，结合了PWM控制技术的新型整流器称为整流器。经过20多年的研究与探索，PWM控制技术已成功应用于整流器的设计中，使整流器获得了前所未有的优良性能。与传统的整流器相比，PWM整流器不仅获得了可控的AC/DC变换性能，而且可实现网侧单位功率因数和正弦波电流控制，甚至能使电能双向传输。一般称电能可双向传输的PWM整流器为可逆PWM整流器。由于可逆PWM整流器不仅体现出PWMAC/DC变流特性（整流），而且还可呈现出PWM

4、DC/AC变流特性（有源逆变），因而确切地说，可逆PWM整流器实际上是一种新型的可四象限运行的变流器。随着PWM控制技术的发展，如空间矢量PWM（SVPWM）、滞环电流PWM控制等方案的提出，以及现代控制理论和智能控制技术的发展和应用，PWM整流器的性能得到了不断提高，功能也不断扩展。PWM整流器网侧独特的受控电流源特性，使得PWM整流器作为核心被广泛应用于各类电力电子应用系统中，这些应用系统主要有：（１）功率因数校正（ＰｏｗｅｒＦａｃｔｏｒＣｏｒｒｅｃｔｏｒ—ＰＦＣ）；（２）静止无功补偿（ＳｔａｔｉｃＶａｒＣｏｍ

5、ｐｅｎｓａｔｏｒ—ＳＶＣ）；（３）有源电力滤波（ＡｃｔｉｖｅＰｏｗｅｒＦｉｌｔｅｒ—ＡＰＦ）；（４）统一潮流控制器（ＶｎｉｆｉｅｄＰｏｗｅｒＦｌｏｗＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）；（５）超导储能（ＳｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇＭａｇｎｅｔｉｃＥｎｅｒｇｙＳｔｏｒａｇｅ—ＳＭＥＳ）；（６）高压直流输电（ＨｉｇｈＶｏｌｔａｇｅＤｉｒｅｃｔＣｕｒｒｅｎｔＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ—ＨＶＤＣ）；（７）可再生能源并网发电；（８）交直流电气传动。PWM整流器及其控制技术以其广泛而重要的应用前景，近年来备受学术界的关注，已有大量的研究报告

6、陆续发表。这些研究报告从各方面对PWM整流技术展开研究，从而有力推动了PWM整流器应用技术的发展。PWM整流器概述随着电力电子技术的发展，功率半导体开关器件性能不断提高，已从早期广泛使用的半控型功率半导体开关，如普通晶闸管（SCR）发展到如今性能各异且类型诸多的全控型功率开关，如双极型晶体管（BJT）、门极关断（GTO）晶闸管、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）、集成门极换向晶闸管（IGCT）、功率场效应晶体管（MOSFET）以及场控晶闸管（MCT）等。而20世纪90年代发展起来的智能型功率模块（IPM）则开创了功率半

7、导体开关器件新的发展方向。功率半导体开关器件技术的进步，促进了电力电子变流装置技术的迅速发展，出现了以脉宽调制(PWM)控制为基础的各类变流装置，如变频器、逆变电源、高频开关电源以及各类特种变流器等，这些变流装置在国民经济各领域中取得了广泛的应用。但是，目前这些变流装置很大一部分需要整流环节，以获得直流电压，由于常规整流环节广泛采用了二极管不控整流电路或晶闸管相控整流电路，因而对电网注入了大量谐波及无功，造成了严重的电网“污染”。治理这种电网“污染”最根本措施就是，要求变流装置实现网侧电流正弦化，且运行于单位功率因

8、数。因此，作为电网主要“污染”源的整流器，首先受到了学术界的关注，并开展了大量研究工作。其主要思路就是，将PWM技术引入整流器的控制之中，使整流器网侧电流正弦化，且可运行于单位功率因数。根据能量是否可双向流动，派生出两类不同拓扑结构的PWM整流器，即可逆PWM整流器和不可逆PWM整流器。以下所称PWM整流器均指可逆PWM整流器。能量可双向流动的PWM整流器不