电压型PWM整流器直接功率控制技术

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1、第23卷第3期电工电能新技术v01.23。No.32004年7月AdvancedTechnologyofElectricalEngineeringandEnergyJuly2004---wV.电压型PWM整流器直接功率控制技术王久和1’2,李华德1,李正熙3(1.北京科技大学,北京100083;2.北京信息工程学院,北京100101;3.北方工业大学,北京100041)摘要:本文介绍了目前三相电压型PWM整流器电压定向功率直接控制(VO.DPC)系统及基于输出调节子空间的功率直接控制(ORS.DPC)系统的原理,分析了直接功率控制系统的性能;并进行了仿真研究。研究和分析表明,三相电压

2、型PWM整流器直接功率控制系统具有结构和算法简单、无PWM调制模块、高功率因数、低谐波、动态性能良好等优点;值得进一步研究。关键词:PWM整流器;直接功率控制;瞬时功率;输出调节子空间中图分类号:TM4文献标识码:A文章编号:1003.3076(2004)03.0064-041引言2电压定向直接功率控制(VO.DPC)PWM整流器具有能量双向流动、恒定直流电压控制、低谐波输入电流、单位功率因数的优点,广泛应用于单位功率因数整流、有源滤波及无功补偿、交流传动等变流控制中。PWM整流器控制策略有多种,主要有直接和间接两种电流控制策略¨·。“间接电流控制”策略的显著优点是结构简单、无需电流

3、传感器、易于实现、静态特性良好;其缺点为稳定性差、动态响应慢、存在直流电流偏移及电流冲击等,制约了该种策略的应用。“直接电流控制”策略的优点为动态响应速度快、限流容易、控制精度高,其主要缺点是实现PWM整流器的电压空间矢量控制,需要解决正弦函数、反正切函数查表的问题并需要进行一系列乘除法运算,则需要复杂的算法(由DSP或多片单片机实现)和调制模块。对此,在交流源电压一定的情况下,如能直接控制PWM整流器的瞬时功率(有功和无功),同样可收到控制瞬时输入电流的效果,此种控制策略称为直接功率控制(DPC)。由于直接功率控制PWM整流器采用瞬时功率控制,则具有更高的功率因数、低的THD、算法

4、及系统结构简单等优点,引起一些学者的兴趣。对此,本文介绍两种PDC的组成和原理,并对其性能进行了分析和仿真研究。三相电压型PWM整流器主电路如图1所示,图中u。、u。、u。为三相对称电源电压;i。、i。、i。为三相线电流;S。、S。、S。为整流器开关管的开关信号,Sj(.7=o、b、c)=1(上桥臂开关管导通,下桥臂开关管关断),sj=0(下桥臂开关管导通,上桥臂开关管关断);U乱为直流电压;R、L为滤波电抗器的电阻和电感;C为直流侧电容;R。为负载;U。、U由、U。为整流器的输入电压;i。.为负载电流。图1三相电压型PWM整流器主电路Fig.1Maincircuitofthree—

5、phaseboosttypePWMrectifiers采用电压控制的VO—DPC系统结构㈨如图2所示,图中略去了R的影响。功率和电压估算器根据收稿日期:2003.12.23基金项目:北京市重点自然科学基金资助项目(KZ200410005005)作者简介:王久和(1959.),男,辽宁籍,博士研究生,教授,主攻电力电子技术及变频技术;李华德(1941.),男,辽宁籍,教授,博导,主攻电力电子技术及交流传动。第3期王久和,等:电压型PWM整流器直接功率控制技术65检测到的电流i。、i。,S。、S。、Sc及直流电压u。。计算瞬时有功和无功功率的估算值P、q及三相电压“。、u“、“。在固定印

6、坐标系中的“。、M。。P和q与给定的p。,和q忡f比较后送入滞回比较器输出s,、Is。开关信号,P。,由直流电压外环设定,g。,设定为0,实现单位功率因数。u。、u。送入扇形选择器输出口。信号。0。由(n一2)詈≤0。≤(n一1)詈(n=1,2,⋯,12)确定。根据s,、S。、0。在开关表中选择所需的s。、S。、S。,去驱动主电路开关器件及供给功率和电压估算器。图2vo.DPC系统框图Fig.2BlockdiagramofVO—DPCsystem在三相电压对称、三相电流对称及略去R上损失的情况下,根据检测到的交流电流瞬时值及其对时间的导数、直流电压、电感£、开关管驱动信号S。、Sb、

7、S。就可估算P、q心3。为实现无电压传感器,将i。、i。、i。经3/2变换,得到i。、ie。根据P、q及i。、i。可计算电源电压u。、H。值b1。为实现电源电压空间矢量位置的选择,由“。、u。确定的口幅角0=arctguj,根据0确定“o/.1的位置。根据Ⅳ的位置及S。、S。可在预存的开关表中选取

8、S。、S。、.s。。3基于输出调节子空间的直接功率控制(ORS.DPC)3.1输出调节子空间【ORS)设.),=[Y。Y:]’为输出矢量,Y。、Y:分别取为瞬时

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