【正文】 能夠在一個開關(guān)周期內(nèi)跟蹤上指令電流，而且控制周期和器件開關(guān)頻率固定，整個控制系統(tǒng)中只有電壓環(huán)一個PI調(diào)節(jié)器，參數(shù)整定比較簡單。當(dāng)然，直接電流控制的控制結(jié)構(gòu)和算法較間接電流控制復(fù)雜。間接電流控制技術(shù)為電流開環(huán)控制，如早期采用的相位幅值控制，通過PWM整流方法在整流器橋臂中點輸出幅值和相位受控的正弦PWM電壓，該電壓與電網(wǎng)電壓共同作用，可在整流器交流側(cè)形成所需的正弦基波電流，而諧波電流則由交流電感濾除。為了使電壓型PWM整流器工作時達到單位功率因數(shù)，網(wǎng)側(cè)呈現(xiàn)受控電流源特性，其網(wǎng)側(cè)電流控制策略的研究顯得十分重要。經(jīng)過多年的研究和發(fā)展，PWM整流器技術(shù)己日趨成熟。到20世紀(jì)80年代末，、離散動態(tài)數(shù)學(xué)模型及控制策略，PWM整流器的研究發(fā)展到一個新的高度[15]。其主要思路就是將PWM技術(shù)引入整流器的控制中，使整流器網(wǎng)側(cè)電流正弦化，可運行于單位功率因數(shù)，這就是PWM整流器。三相PWM高功率整流器與傳統(tǒng)的整流裝置相比，具有交流側(cè)輸入、輸出電流諧波小，功率因數(shù)可調(diào)，直流側(cè)電壓波動小，能量能雙向流動等優(yōu)點，因而其控制的策略研究成為目前電力電子領(lǐng)域中的一個熱點。同時，無功的副作用還表現(xiàn)為降低了發(fā)電、輸電設(shè)備的利用率，增加了線路損耗。同時，為了保證電網(wǎng)和用電設(shè)備的安全經(jīng)濟運行，目前許多工業(yè)國家和組織都制定了相應(yīng)的諧波標(biāo)準(zhǔn)，如國際電工委員會(IEO制定的IEEE5552標(biāo)準(zhǔn)對用電裝置的功率因數(shù)和波形失真度作了具體的限制，歐洲也制定了相應(yīng)的IEC100032標(biāo)準(zhǔn)，我國國家技術(shù)監(jiān)督局也于1993年頒布了《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》標(biāo)準(zhǔn)(GB/1454993)，并于1994年3月1日起正式執(zhí)行。目前，大部分的電力電子裝置所使用的直流電源是通過不可控流或相控整流得到的，這些傳統(tǒng)的設(shè)備在運行中對電網(wǎng)注入了大量的諧波和無功，因此造成了嚴(yán)重的電網(wǎng)污染。由于采用了這些先進技術(shù)，使得本文中的PWM整流器結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、操作方便。本文根據(jù)設(shè)計要求，以DSP(數(shù)字信號處理器)作為控制核心，研究并設(shè)計了基于DSP的PWM整流器。摘要傳統(tǒng)的整流裝置是電網(wǎng)污染的主要來源，三相電壓型PWM整流器具有輸出電壓恒定、能實現(xiàn)單位功率因數(shù)運行、電能雙向流動等特點，因而成為目前電力電子領(lǐng)域中的熱點課題之一。本文首先介紹了PWM整流器的發(fā)展?fàn)顩r，說明了DSP與其他單片機或通用微處理器相比在性能上的優(yōu)勢。關(guān)鍵詞：PWM整流器；空間電壓矢量脈寬調(diào)制；數(shù)字信號處理器；智能功率模塊Title: The Design of Threephase PWM rectifier Based on DSP AbstractThe conventional rectifier Produce harmonic Problem in power system. While threephase PWM VSR (voltage source rectifier) can provide constant dc bus voltage and get unity Power factor .It also has line Power feedback capability So it is being interested in power electronics field.With the development of largescale integrate circuit technology and puter technology，microputerbased rectifier controller will bee the main stream of rectifier controllers in the future. Constant improvement in rectifier control microputer based rectifier controller. According to this requirement,the paper studies and designs the DSPbased rectifier controller by using DSP (Digital Signal Processor) as the control center.This paper introduces the control function and the developing tendency of PWM rectifier. And, it illustrates DSP39。各種電力電子裝置的使用對公用電網(wǎng)所造成的諧波污染問題受到了人們的關(guān)注。而我國對高功率因數(shù)PWM整流器的研究起步較晚，對PWM整流技術(shù)的工程應(yīng)用研究還有待繼續(xù)深入。 (2)輸入電流諧波含量高，諧波除了降低了發(fā)電、輸電設(shè)備的利用率外，還會影響設(shè)備的正常工作，產(chǎn)生不希望的機械震動和噪音；諧波還容易引起某些繼電器、接觸器的誤動作，造成事故；同時，諧波也對周圍環(huán)境產(chǎn)生電磁干擾，影響通訊設(shè)備的正常工作等。 三相PWM整流器的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 變頻器、逆變電源、高頻開關(guān)電源以及各類特種變流器等裝置很大一部分都需要整流環(huán)節(jié)，以獲得直流電壓。 PWM整流器的研究始于20世紀(jì)80年代，這一時期由于全控器件的日益成熟和應(yīng)用，推動了PWM技術(shù)的應(yīng)用與研究。 20世紀(jì)90年代以來，PWM整流器一直是學(xué)術(shù)界關(guān)注和研究的熱點課題。PWM整流器主電路已從早期的半控型器件橋路發(fā)展到如今的全控型器件橋路；PWM開關(guān)控制由單純的硬開關(guān)調(diào)制發(fā)展到軟開關(guān)調(diào)制；功率等級從千瓦級發(fā)展到兆瓦級，而在主電路類型上，既有電壓型整流器(Voltage Source RectifierVSR)，也有電流型整流器(Current SourceRectifierCSR，并且兩者在工業(yè)上均成功地投入了應(yīng)用。根據(jù)有無引人電流反饋可將控制方法分為兩大類：.39。間接電流控制由于無需交流電流傳感器，因此系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單。對于直接電流控制系統(tǒng)，可分為滯環(huán)電流控制、預(yù)測電流控制、同步PI控制、直接功率控制等，其中基于空間矢量的PWM控制最為流行。同步PI控制開關(guān)頻率固定，采用同步坐標(biāo)系下控制，可實現(xiàn)有功、無功電流解禍控制，有功、無功功率獨立調(diào)節(jié)。矢量控制可以分為電壓定向控制和虛擬磁鏈定向控制兩種。用給定功率和估測功率進行比較，其誤差經(jīng)過比較器和整流器狀態(tài)選擇器，就可以輸出整流器下一次的開關(guān)狀態(tài)，達到了直接功率控制的要求。 本文并聯(lián)二重化實驗用小功率PWM整流器系統(tǒng)將采用同步PI控制方法本文逆變器試驗臺系統(tǒng)將采用三相獨立調(diào)節(jié)電流的預(yù)測電流控制算法，可以單獨控制各相電流的不平衡運行。下面簡單的介紹其中的三種。無電網(wǎng)電動勢傳感器控制方式，其主要實現(xiàn)方案可以分為兩大類：矢量控制(VOC)和直接功率控制(DPC)。第二種，PWM整流器的時間最優(yōu)控制。其基本思路就是，根據(jù)時間最優(yōu)控制算法求解出跟蹤指令電流所需的最優(yōu)控制電壓，并在動態(tài)過程中降低相應(yīng)無功分量的響應(yīng)速度，從而有效的提高了有功分量的動態(tài)響應(yīng)速度，實現(xiàn)了三相電壓型PWM整流器直流電壓的時間最優(yōu)控制。一旦電網(wǎng)不平衡，以三相電網(wǎng)平衡為約束所設(shè)計的PWM整流器就會出現(xiàn)不正常的運行狀態(tài)，主要表現(xiàn)在:PWM整流器直流側(cè)電壓和網(wǎng)側(cè)電流的低次諧波幅值增大，且產(chǎn)生非特性諧波，同時消耗相應(yīng)增大；PWM整流器網(wǎng)側(cè)電流亦不平衡，嚴(yán)重時可使PWM整流器發(fā)生故障，甚至燒壞裝置。本文的輔電源試驗臺項目對這方面研究做出了有益的嘗試。多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的PWM整流器主要應(yīng)用于高壓大容量場合。自從出現(xiàn)基于坐標(biāo)變換的PWM整流器的數(shù)學(xué)模型之后，各國學(xué)者對PWM整流器的數(shù)學(xué)模型進行了詳細(xì)的研究，, ，并將時域模型分解成高頻、低頻模型，且給出了相應(yīng)的時域解。電壓型PWM整流器(VSR)最顯著的拓?fù)涮卣魇侵绷鱾?cè)采用電容進行電流儲能，從而使VSR直流側(cè)呈低阻抗的電壓源特性。但隨著超導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展，因為超導(dǎo)線圈可以直接作為直流儲能電感，電流型PWM整流器在超導(dǎo)儲能技術(shù)中有更大的優(yōu)勢。多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的PWM整流器主要應(yīng)用于高壓大容量場合。此外，在大功率PWM整流器設(shè)計上，還研究了基于軟開關(guān)(ZVS, ZCS)控制的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和相應(yīng)的控制策略，這一技術(shù)有待進一步完善。由于間接電流控制的網(wǎng)側(cè)電流動態(tài)響應(yīng)慢，且對系統(tǒng)參數(shù)變化靈敏，因此這種控制策略己經(jīng)逐步被直接電流控制策略取代。此外，控制策略上還出現(xiàn)了狀態(tài)反饋控制。其基本方法是根據(jù)時間最優(yōu)控制算法求解出跟蹤指令電流所需的最優(yōu)控制電壓，并在動態(tài)過程中降低無功分量的響應(yīng)速度，提高有功分量的響應(yīng)速度，實現(xiàn)了時間最優(yōu)控制。③電網(wǎng)不平衡條件下的PWM整流器控制一般的策略研究總是假設(shè)電網(wǎng)是平衡的。 為了能使整流器在電網(wǎng)不平衡條件下仍能正常運行，有學(xué)者提出了不平衡條件下，網(wǎng)側(cè)電流和直流電壓的時域表達式，認(rèn)為電網(wǎng)負(fù)序分量使導(dǎo)致網(wǎng)側(cè)電流畸變的原因。因此，又有學(xué)者提出了正、負(fù)序雙旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系控制，該方法實現(xiàn)了無靜差控制。這一新穎的控制方案以電感、電容儲能的定量關(guān)系建立了Lyapunaov函數(shù)，并由三相PWM整流器的dq模型以及相應(yīng)的空間矢量PWM約束條件，推導(dǎo)出相應(yīng)的控制算法。目前，電流型PWM整流器的研究主要集中在數(shù)學(xué)建模及特征分析、網(wǎng)側(cè)電流畸變和諧振抑制及控制策略、網(wǎng)側(cè)濾波參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計和不平衡電網(wǎng)條件下的控制設(shè)計等上。(2)提高功率因數(shù)，減少整流的非線性，使之對電網(wǎng)而言相對是“純電阻”負(fù)載。(6)提高直流側(cè)電壓利用率，擴大調(diào)制波的控制范圍。，著重對電路設(shè)計用到的傳感器和開關(guān)管進行比較和選擇，對驅(qū)動電路，直流電壓、交流電流采樣及電網(wǎng)電壓同步信號采樣電路和DSP控制電路進行了設(shè)計。 PWM整流器的工作原理PWM整流器是與傳統(tǒng)整流裝置關(guān)鍵性的不同之處是用全控型功率器件取代了半控型功率開關(guān)或二極管，以PWM斬波控制整流取代了相控整流或不可控整流，因此，PWM整流器具有下列優(yōu)越性能: (1)網(wǎng)側(cè)電流為正弦波； (2)網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)可控或為單位功率因數(shù)； (3)電能雙向流動； (4)較快的動態(tài)控制響應(yīng)。從圖2. 1可以看出，PWM整流器模型電路是由交流回路、功率開關(guān)橋路和直流回路組成的。功率開關(guān)橋路為電壓型或電流型橋路組成。下面從模型電路交流側(cè)入手，分析PWM整流器的運行狀態(tài)和控制原理。假設(shè)不變，也是固定不變，此時，PWM整流器交流電壓矢量V端點運動軌跡為一個以為半徑的圓。上述中的A, B, C, D四點是PWM整流器四象限運行的四個特殊工作狀態(tài)點進一步分析，可得PWM整流器四象限運行規(guī)律:(1)當(dāng)電壓矢量V端點在圓軌跡AB上運動時，PWM整流器運行于整流狀態(tài)。 (2)當(dāng)電壓矢量v端點在圓軌跡BC上運動時，PWM整流器運行于整流狀態(tài)。此時PWM整流器向電網(wǎng)傳輸有功及容性無功功率，電能將從PWM整流器直流側(cè)傳輸至電網(wǎng)。 PWM整流器電路拓?fù)銹WM分類方法很多，但最基本的分類方法是將其分為電壓型PWM整流器(Voltage Source Rectifier, VSR)和電流型PWM整流器(Current SourceRectifier, CSR)兩大類，這主要是因為電壓型、電流型PWM整流器，無論是在主電路結(jié)構(gòu)、PWM信號發(fā)生以及控制策略等方面均有各自的特點，且兩者間存在電路上的對偶性。然而，在相同的交流側(cè)電路參數(shù)條件下，要使單相半橋VSR和單相全橋VSR獲得同樣的交流側(cè)電流控制特性，半橋電路直流電壓應(yīng)是全橋電路直流電壓的兩倍，因此功率開關(guān)耐壓要求相對提高。因此，三相全橋VSR實際上是由三個獨立的單相全橋VSR組合而成的，當(dāng)電網(wǎng)不平衡時，不會嚴(yán)重影響PWM整流器控制性能，由于三相全橋電路所需的功率開關(guān)管是三相半橋電路的兩倍，所以三相全橋電路一般較少采用。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中以多個功率開關(guān)串聯(lián)使用，并采用二極管箱位以獲得交流輸出電壓的三電平調(diào)制，因此，三電平VSR在提高耐壓等級的同時有效的降低了交流側(cè)諧波電壓、電流，從而改善了其網(wǎng)側(cè)波形品質(zhì)。a 單相CSRb 三相CSR，可以看出，除了直流儲能電感外，與VSR相比，其交流側(cè)還增加了濾波電容，與網(wǎng)側(cè)電感組成LC濾波器，濾除網(wǎng)側(cè)諧波電流，并抑制諧波電壓。 2)濾波電感L是線性的，不考慮飽和現(xiàn)象。當(dāng)開關(guān)頻率很高時，狀態(tài)空間平均法是解決該問題的一種行之有效的方法。因此，轉(zhuǎn)換部分接近對稱了，如圖( )所示 一個轉(zhuǎn)換周期內(nèi)的調(diào)制波對進行偶拓展得: ()令d I = S k代入方程( )，這樣( )就由帶開關(guān)函數(shù)得方程變?yōu)榱诉B續(xù)方程，如下: （）式中為一個開關(guān)周期內(nèi)開關(guān)函數(shù)的平均值，由于開關(guān)函數(shù)是幅值為1的脈沖，所以其平均值等于其占空比。不僅要滿足負(fù)載對電壓的要求，而且要能控制流過濾電感L中的電流波形為正弦。在滯環(huán)電壓控制方式下。通過VSR交流側(cè)電壓幅值、相位的PWM控制，或通過VSR交流側(cè)電流幅值、相位的PWM控制均可實現(xiàn)VSR四象限運行。（5)使VSR控制系統(tǒng)獲得了一定的阻尼特性，有利于控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。設(shè)計交流側(cè)電感應(yīng)考慮以下兩個方面:(1)電感設(shè)計不能太小，否則輸入電流的諧波過大。 直流側(cè)電容的設(shè)計也至關(guān)重要，它的選擇影響著系統(tǒng)的特性及安全性，這是因為直流側(cè)電容有以下功能: 1)濾除由器件高頻開關(guān)動作造成的直流電壓紋波。一方面，從濾波效果看，C值越大越好；另一方面，從體積、重量、價格和動態(tài)特性看，C值又不宜過大。由式( )可得，取一點余量，取為6mH 。 數(shù)字信號處理器DSP (Digital Signal Processor)作為進行高速數(shù)字信號處理的微處理器，采用改善的哈佛結(jié)構(gòu)，提高了運算速度，除此以外，還采用流水線技術(shù)、硬件乘法和乘加指令MAC，獨立的直接存儲器訪問(DMA)總線及其控制器、數(shù)據(jù)地址發(fā)生器(DAG)、定點DSP處理和浮點DSP處理等技術(shù)。除了性價比考慮外，