【文章內容簡介】 究的三相電壓型PWM整流器的開關頻率一般遠高于電網基波頻率，故只需考慮低頻模型。 ABC靜止坐標系下的低頻數學模型，應用基爾霍夫電壓定律，可得其交流側電壓方程： Ls+Rsia=usaura () Ls+Rsib=usburb () Ls+Rsic=uscurc ()，可得整流器的直流側電流方程為： idc=C+ ()將式()代入式()中，得： C+=mImcos() ()在式()中，令=0，可得PWM整流器穩(wěn)態(tài)時的輸出電壓表達式： udc=mRLImcos() ()將式()代入式()，整理后便可得到PWM整流器交流側的低頻狀態(tài)方程： =+()從式()可以看出，無論采用何種控制策略，PWM整流器控制的實質就是通過調節(jié)控制電壓uca，ucb，ucc來實現對交流輸入電流的控制。 對于三相電路，運用復平面的矢量空間概念，即在三個靜止對稱軸(a，b，c)上用一個旋轉矢量來表示三相的合成。在這里，三個靜止對稱(a，b，c)軸表示為靜止的三相ABC坐標系，矢量則選定為Park矢量。假定坐標系的A軸與Park矢量復平面的實軸重合，Park矢量的表達式為： X(t)=[Xa(t)+Xb(t)+Xc(t)] ()式()中α為旋轉因子，=e，Xa(t)，Xb(t)，Xc(t)為三相靜止坐標系下的三相物理量。由于電壓或者電流都可作為三相物理量，則可以得到以下一些變量的空間矢量：網側電壓空間矢量表示為： =(usa+usb e+usc e) ()將式()代入上式可得： =Um e ()輸入電流空間矢量表示為： =(ia+ib e+ic e) =Ime () 輸入電壓空間矢量表示為： =(ura+urb e+urc e)=Um e ()式()的交流側低頻模型方程也可以表示成為空間矢量的形式，其矢量方程如下： Ls+Rs= ()畫出方程()的空間矢量圖，： PWM整流器交流側矢量方程的空間矢量圖在上圖中，各空間矢量都以工頻的角速度作逆時針旋轉并保持相對位置不變。通過控制輸入電壓Ur的幅相，即可以控制電流與電網電壓空間矢量間的相對位置，從而實現四象限運行。 兩相旋轉坐標系下的低頻數學模型以上是基于三相靜止坐標系對三相電壓型PWM整流器進行分析的。由于其交流側均為具有一定頻率、幅值和相角的正弦實變交流量，不利于系統(tǒng)控制。因此我們可以通過坐標變換，將三相靜止坐標系變換到兩相坐標系。即可降低系統(tǒng)的階次，簡化系統(tǒng)的分析和處理?？紤]等量變換原則，3/2坐標變換矩陣為： ==C3s/2s ()其逆變換矩陣為： == C2s/3s ()下面推導PWM整流器在dq同步旋轉坐標系下的數學模型。假設dq坐標的d軸在初始時刻和αβ坐標的軸重合，則靜止坐標系與旋轉坐標系之間的變換關系如下： ==C2s/2r () == C2r/2s ()： 兩相旋轉到兩相靜止變換在式()和()中，C2s/2r和C2r/2s互為逆矩陣，聯立式()和()， αβ—dp坐標系的變換關系，變換整理后可得dp內坐標系下的狀態(tài)方程： =+ ()可得三相靜止坐標系到兩相旋轉坐標的變換矩陣： ==C3s/2r ()： 三相到兩相旋轉變換 三相電壓型PWM整流器的電流控制策略整流器有兩個控制目標：一是輸入交流電流幅相控制，二是輸出直流電壓保持穩(wěn)定。PWM整流器系統(tǒng)控制的關鍵就在于對交流電流的幅相控制。目前，電流控制技術主要分為間接電流控制和直流電流控制兩大類。其中間接電流控制的優(yōu)點是：控制系統(tǒng)結構簡單，一般無需電流反饋控制，但缺點是：電流的動態(tài)響應較慢，交流側電流中包含直流分量，且對系統(tǒng)參數波動較敏感，因而一般應用于對三相動態(tài)響應要求不高的場合。而直接電流控制具有動態(tài)響應快、電流控制精度高，對系統(tǒng)參數波動不是很敏感等明顯優(yōu)點，使其成為目前應用最廣泛的控制方法之一。 間接電流控制間接電流控制又稱相位幅值控制，其實質是通過PWM調制，在三相VSR橋路交流側產生幅值和相位都能夠控制的正弦電壓。該電壓與電網電動勢經過交流側電感的濾波，形成幅值和相位都能夠控制的正弦基波電流。由于這種三相VSR電流控制方式是通過控制交流側電壓進而達到控制三相VSR交流側電流的目的，因而是一種間接電流控制方式。由于這種間接電流控制簡單，無需設置交流電流傳感器，因而是一種簡單三相VSR控制方案。要實現三相PWM整流器的間接電流控制，關鍵在于由三相VSR交流側電流矢量指令，并通過簡單的控制運算，獲得三相PWM整流器的調制信號。一般在引入指令電壓反饋后采用PI調節(jié)器，其輸出就作為電流內環(huán)的指令幅值，再根據對三相電網電動勢相位的檢測得到所需的指令電流的相角，從而得到了三相VSR間接電流控制的指令電流矢量。 直接電流控制直接電流控制是采用閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)實現對電流的幅相控制，其優(yōu)點有：電流控制精度高、動態(tài)響應速度快、過流保護容易等，直接電流控制目前已成為開關控制技術的主導方向。直接電流控制策略的優(yōu)勢有：其一，可以獲得理想的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)電流控制效果；其二，會對負載變化、輸出直流電壓的波動、功率開關的壓降、橋臂死區(qū)等因數對輸入電流的影響產生都有很強的抑制作用。直流電流控制是在間接電流控制性能不足的情況下提出來的，兩者的結構區(qū)別主要為是否具有網側電流閉環(huán)。由于網側電流閉環(huán)控制的應用，使得整流器網側電流的動、靜態(tài)性能得到了極大地提高，同時也使系統(tǒng)參數的變化對網側電流的影響微乎其微，從而增強了電流控制系統(tǒng)的魯棒性。當有源電力濾波等領域要用到三相PWM整流器時，網側電流的控制性能就至關重要，直接決定了系統(tǒng)的好壞。目前已經廣為人知的直接電流控制方式有：固定開關頻率的PWM電流控制、滯環(huán)電流控制等。一般來說，固定開關頻率的PWM電流控制由于算法比較簡單，實現起來也較為方便，并且由于其固定的開關頻率使得網側電感設計起來相對較為簡單，具有一定的優(yōu)勢。但是在開關頻率比較低的時候，固定開關頻率也有其缺點：一是電流動態(tài)響應比較慢；二是電流動態(tài)偏差隨電流變化率的變化而變化。兩者對比之下，滯環(huán)PWM電流控制的電流響應速度很快，且網側電流跟蹤的誤差將會隨著設定電流指令上下限的減小而減小，從而使電流控制的精度大大提升，但缺點是開關頻率不固定，使網側電感設計困難，開關損耗增大，所以很少用于大功率場合[8]。(1)三角載波比較法滯環(huán)電流控制法雖然實現簡單，但其開關頻率不固定，且隨著系統(tǒng)運行條件的變化而變化，不能有效地控制開關器件的最高開關頻率：三角載波比較的電流直接控制方式中，功率開關器件的開關頻率固定，并等于載波頻率，這給高頻濾波器的設計帶來方便，并且輸出的電流所含的諧波少，因此常用于對諧波和噪聲要求嚴格的場合。指令電流ia*、ib*、ic*和交流側電流傳感器的電流ia、ib、ic進行比較，求出電流偏差，送入運算放大器A放大后，其輸出再進入比較器和三角載波比較，由此得到頻率與載波頻率相同的PWM波形控制開關管的通斷。放大器A通常具有比例積分特性或比例特性，比例系數與積分時間常數直接影響電流控制的特性。(2) 滯環(huán)電流控制這種控制策略是將指令電流與反饋電流通過固定環(huán)寬的滯環(huán)比較單元，在通過電網電動勢的前饋控制生成三相正弦調制電壓。滯環(huán)電流控制的電流環(huán)沒有PI、PID或者P調節(jié)，而只有一個滯環(huán)比較器，當電流的偏差值超過了滯環(huán)比較器給定的范圍時，按照一定的規(guī)則控制開關器件的開通和關斷，從而實現對電流的實時跟蹤。與無電流內環(huán)的間接電流控制相比，固定開關頻率的PWM電流控制加快了電流的響應速度，改善了電壓外環(huán)的動態(tài)性能。但是，固定開關頻率的PWM電流控制對系統(tǒng)的參數以及負載的擾動仍然比較敏感，在三相VSR交流側電壓峰值Urm波動時，電流跟蹤的偏差大小也跟著波動。而滯環(huán)電流控制在整流器交流側電壓峰值Urm波動的同時，整流器的開關頻率也同時改變，因此可以減小電流跟蹤的誤差，彌補了固定開關頻率的PWM電流控制在電流跟蹤方面的不足。 SVPWM調制技術基本原理空間矢量脈寬調制SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation)[9]是近年發(fā)展的一