【正文】 然 VSR在abc坐標(biāo)系下一般數(shù)學(xué)模型具有物理意義清晰、直觀等特點(diǎn)，但是在這種模型中， VSR交流側(cè)均為具有一定頻率、幅值和相角的正弦時(shí)變交流量，因而不利于控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。當(dāng) aV 關(guān)斷而 ?aV 導(dǎo)通時(shí)，開(kāi)關(guān)函數(shù) Sa=0，且 aNv =0，所以 adcaN Svv ? ，式 (22)改寫(xiě)成 ()aa a d c a NodiL R i e v s vdt ? ? ? ? （ 23） 同理，可得 b相 , c 相方程如下： )( Nodcbbb vveRidtdiL ???? （ 24） )(Nodcccc vveRidtdiL ???? （ 25） 考慮到三相對(duì)稱系統(tǒng)， 0。 為分析方便，首先定義單極性二值邏輯開(kāi)關(guān)函數(shù) kS 為 ? ?cbaks k ,01 ????? （ 21） 1?ks ，表示上橋臂導(dǎo)通，下橋臂關(guān)斷； 0?ks ，表示上橋臂關(guān)斷，下橋臂導(dǎo)通。當(dāng)。 圖 24 三相整流器的主電路數(shù)學(xué)模型 根據(jù)三相 VSR 特性分析需要，三相 VSR 一般數(shù)學(xué)模型的建立可采用開(kāi)關(guān)函數(shù)描述的一般數(shù)學(xué)模型，采用開(kāi)關(guān)函數(shù)描述的一般數(shù)學(xué)模型是對(duì) VSR 開(kāi)關(guān)過(guò)程的精確描述，較適合于 VSR 的波形仿真。圖中 ae 、be 、 ce 為三相對(duì)稱電源相電壓 (在圖中用 e(t)表示 )； ai 、 bi 、 ci 為三相線電流； dcv 為直流電壓； R 、 L 為濾波電抗器的電阻和電感； C 為直流側(cè)電容； LR 為負(fù)載； Li 為負(fù)載電流。 （ 3）功率 開(kāi)關(guān)損耗以電阻 R ，表示，即實(shí)際的功率開(kāi)關(guān)可由理想開(kāi)關(guān)與損耗電阻 R ，串聯(lián)等效表 （ 4）為描述 VSR 能量的雙向傳輸，三相 VSR 其直流側(cè)負(fù)載由電阻 LR 和直流電勢(shì) Le 串聯(lián)表示。 針對(duì)三相 VSR 一般數(shù)學(xué)模型的建立，通常作以下假設(shè) : （ 1）電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)為三相平穩(wěn)的純正弦波電動(dòng)勢(shì) (ae ,be ,ce )。 三相 VSR 的數(shù)學(xué)模型 三相 VSR 在三相靜止坐標(biāo)系的數(shù)學(xué)模型 所謂三相 VSR 一般數(shù)學(xué)模型就是根據(jù)三相 VSR 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在三相靜止坐標(biāo)系 (a,b,c)中利用電路基本定律 (基爾霍 夫電壓、電流定律 )對(duì) VSR 所建立的一般數(shù)學(xué)描述。 實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行的控制方法有 : 一、 可以通過(guò)控制 PWM 整流器交流側(cè)電壓，間接控制網(wǎng)側(cè)電流 。 (4)當(dāng)電壓矢量 V 端點(diǎn)在圓軌跡 DA 上運(yùn)動(dòng)時(shí)， PWM 整流器運(yùn)行于有源逆變狀態(tài)。此時(shí) PWM整流器向電網(wǎng)傳輸有功及容性無(wú)功功率，電能將從 PWM整流器直流側(cè)傳輸至電網(wǎng)。當(dāng) PWM整流器運(yùn)行至 C 點(diǎn)時(shí)， PWM 整流器將不從電網(wǎng)吸收有功功率，而只從電網(wǎng)吸收容性無(wú)功功率。而在 A點(diǎn)運(yùn)行時(shí)， PWM 整流器則不從電網(wǎng)吸收感性無(wú)功功率，而只從電網(wǎng)吸收有功功率 (2)當(dāng)電壓矢量 V 端點(diǎn)在圓軌跡 BC上運(yùn)動(dòng)時(shí)， PWM 整流器運(yùn)行于整流狀態(tài)。此時(shí)， PWM整流器需從電網(wǎng)吸收有功及感性無(wú)功功率，電能將通過(guò) PWM 整流器由電網(wǎng)傳輸至直流負(fù)載。當(dāng)電壓矢量 V 端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至圓軌跡 D點(diǎn)時(shí)，電流矢量 I 與電動(dòng)勢(shì)矢量 E 平行且反向，此時(shí) PWM 整流器網(wǎng)側(cè)呈現(xiàn)負(fù)阻特性，如圖 23d 所示。當(dāng)電壓矢量 V 端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至圓軌跡 B 端點(diǎn)時(shí)，電流矢量 I 與電動(dòng)勢(shì)矢量 E 平行且同向，此時(shí) PWM 整流器網(wǎng)側(cè)呈現(xiàn)正電阻特性，如圖 23b 所示 。若假設(shè) I 不變，因此 LV LI?? 也因此不變，在這種情況下， PWM 整流器交流電壓矢量 V 端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡構(gòu)成了一個(gè)以 LV 為半徑的圓。 為簡(jiǎn)化分析，對(duì)于 PWM 整流器模型電路，只考慮基波分量而忽略 PWM 諧波分量，并且不計(jì)交流側(cè)電阻。0 EVIV L ABCD39。0 0EIV LV A CDAB039。以下著重從模型電路交流側(cè)入手，分析 PWM 整流器的運(yùn)行狀態(tài)和控制原理。 dcv 、 dci 是模型電路直流側(cè)電壓、電流。功+L+idcidcvLRLeve 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 率開(kāi)關(guān)管橋路可由電壓型或電流型橋路組成。其中交流回路包括交流電動(dòng)勢(shì) e 以及網(wǎng)側(cè)電感 L 等 。為便于理解，以下首先從模型電路闡述 PWM 整流器的原理。進(jìn)一步研究表明，由于 PWM 整流器其網(wǎng)側(cè)電流及功率因數(shù)均可控，因而可被推廣應(yīng)用于有源電力濾波及無(wú)功補(bǔ)償?shù)确钦髌鲬?yīng)用場(chǎng)合。所謂單位功率因數(shù)是指：當(dāng) PWM 整流器運(yùn)行于整流狀態(tài)時(shí)，網(wǎng)側(cè)電壓、電流同相 (正阻特性 )。由于電能的雙向傳送，當(dāng) PWM 整流器從電網(wǎng)吸取電能時(shí)，其運(yùn)行于整流工作狀態(tài) 。 （ 4）較快的動(dòng)態(tài)控制響應(yīng)。 （ 2）網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)控制 (如單位功率因數(shù)控制 )。其關(guān)鍵性的改進(jìn)在于用全控型功率開(kāi)關(guān)取代了半控型功率開(kāi)關(guān)或二極管，以 PWM斬控整流取代了相 控整流或不控整流。另外二極管整流器的不足還在于其直流電壓的不可控性。 （ 4）閉環(huán)控制時(shí)動(dòng)態(tài)響應(yīng)相對(duì)較慢。 （ 2）網(wǎng)側(cè)諧波電流對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生諧波“污染” 。整流器的發(fā)展經(jīng)歷了由不控整流器 (二極管整流 )、相控整流器 (晶閘管整流 )到 PWM 整流器 (可關(guān)斷功率開(kāi)關(guān) )的發(fā)展歷程。 三相電壓型 PWM整流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖 21，圖中 ae 、 be 、 ce 為三相對(duì)稱電源相電壓； ai 、 bi 、 ci 為三相線電流； 61~VV 、 61 ~VDVD 分別是絕緣柵雙極型晶體管和續(xù)流二極管； dcV 為直流電壓； R、 L為濾波電抗器的電阻和電感； C 為直流側(cè)電容； LR 為負(fù)載；Li 為負(fù)載電流。通常所謂的三相橋式電路即指三相半橋電路。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 2 三相 VSR 原理分析與建模 三相 VSR 的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 電壓型 PWM整流器 (Voltage Source )最顯著拓?fù)涮卣骶褪侵绷鱾?cè)采用電容進(jìn)行直流儲(chǔ)能，從而使 VSR 直流側(cè)呈低阻抗的電壓源特性。 (3)利用 MATLAB\simulink 設(shè)計(jì)了電網(wǎng)平衡下 PWM 整流器的仿 真模型，最后搭建了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)電網(wǎng)平衡狀態(tài)下的穩(wěn)態(tài)整流進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，對(duì)仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析研究。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 當(dāng)前主要的研究領(lǐng)域有如下五個(gè)方面 : PWM整流器的建模研究 PWM 整流器的電流控制策略研究 PWM整流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的研究 4. PWM 整流器系統(tǒng)控制策略的研究 隨著 PWM 整流器及其控制策略研究的深入，研究人員相繼提出了一些較為新穎的系統(tǒng)控制策略，分述如下 : （ 1）無(wú)電網(wǎng) 電動(dòng)勢(shì)傳感器及無(wú)網(wǎng)側(cè)電流傳感器控制 （ 2）基于 Lyapunov 穩(wěn)定性理論的 PWM 整流器控制 （ 3） PWM 整流器的時(shí)間最優(yōu)控制 （ 4）電網(wǎng)不平衡條件下的 PWM 整流器控制 由于三相電壓型 PWM整流器具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制性能優(yōu)良， 可運(yùn)行于四象限，工作在單位功率因數(shù)的狀態(tài)下，諧波含量少 ，符合環(huán)保節(jié)能的要求，所以本文選擇三相電壓型 PWM整流器為課題，主要研究以下幾個(gè)方面內(nèi)容： (1)對(duì)所研究的三相電壓型 PWM 整流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及工作原理進(jìn)行深入分析，對(duì)整流和逆變狀態(tài)下的電流換流過(guò)程進(jìn)行分析，并根據(jù)系統(tǒng)要求對(duì)主電路的參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)選取。 4)系統(tǒng)控制策略研究 。 2)電壓型 PWM 整流器的電流控制 。隨著研究的深人，基于 PWM整流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及控制的拓展，相關(guān)的應(yīng)用研究也發(fā)展起來(lái)，如有源濾波器、超導(dǎo)儲(chǔ)能、交流傳動(dòng)、高壓直流輸電以及統(tǒng)一潮流控制等，這些應(yīng)用技術(shù)的研究，又促進(jìn)了 PWM 整流器及其控制技術(shù)的進(jìn)步和完善。到 20世紀(jì) 80 年代末，隨著 A. W. Green 等人提出了基于坐標(biāo)變換的 PWM 整流器連續(xù)離散動(dòng)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(gè)新的高度。 1982 年 Busse Alfred,Holtz Joachim 首先提出了基于可關(guān)斷器件的三相全橋 PWM 整流器拓?fù)浼捌渚W(wǎng)側(cè)電流幅相控制策略，并實(shí)現(xiàn)了電流型 PWM整流器網(wǎng)側(cè)單位功率因數(shù)正弦波電流控制。三相電壓型 PWM 整流器也是本文進(jìn)行電路建模、參數(shù)計(jì)算和控制器設(shè)計(jì)的基 礎(chǔ)。通常所謂的三相橋式電路即指三相半橋電路。其中三相電壓型 PWM 整流器就是本文研究的對(duì)象。由于其電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于控制，響應(yīng)速度快，成為目前研究及實(shí)際應(yīng)用較多的整流類(lèi)型。 CSR 功率開(kāi)關(guān)管支路上順向串聯(lián)二極管，其主要目的是阻斷反向電流 (一般大功率開(kāi)關(guān)管大都集成有反并聯(lián)二極管 )，并提高功率開(kāi)關(guān)管的反向耐壓能力。常采用的 CSR 結(jié)構(gòu)有單相和三相。其他分類(lèi)方法就主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)而言，均可歸類(lèi)于電流型或電壓型 PWM 整流器之列。 PWM 整流器按直流儲(chǔ)能形式可分為電壓型和電流型；按電網(wǎng)相數(shù)可分類(lèi)為單相電路、三相電路和多相電路；按 PWM 開(kāi)關(guān)調(diào)制可分為硬開(kāi)關(guān)調(diào)制和軟開(kāi)關(guān)調(diào)制；按橋路結(jié)構(gòu)可分類(lèi)為半橋電路和全橋電路；按調(diào)制電平可分為兩電平電路、 三電平電路和多電平電路。 八十年代初，隨著對(duì)電力電子裝置產(chǎn)生的諧波對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生的影響的認(rèn)識(shí)不斷加深，一些學(xué)者開(kāi)始研究如何提高 功率因數(shù) .Bellini和 Figalli首先用 GTO實(shí)現(xiàn)了真正意義上的單相 PWM 整流器，其功率因數(shù)接近 1。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 PWM 整流器的產(chǎn)生與發(fā)展現(xiàn)狀 PWM 整流器的產(chǎn)生 1957 年，美國(guó)通用電氣公司研制出第一個(gè)商用晶閘管，標(biāo)志著電力電子技術(shù)的誕生。 隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)的進(jìn)步與飛速發(fā)展，功率半導(dǎo)體器件的性能也在逐步地提高，特別是全控型功率開(kāi)關(guān)器件的不斷出現(xiàn)，以及 PWM 控制技術(shù)的應(yīng)用，使 PWM 整流器 得以誕生 。 能夠 有效解決變換裝置所帶來(lái)的負(fù)面效應(yīng) 的 根本措施就是需要求變換裝置實(shí)現(xiàn)整流環(huán)節(jié)網(wǎng)側(cè)電流達(dá)到正弦化，工作于單位功率因數(shù)等特性。 如何更好的節(jié)約能源，開(kāi)發(fā)環(huán)保和可持續(xù)利用的新能源成了當(dāng)今世界亟待解決的問(wèn)題，特別是與國(guó)民生產(chǎn)生活密切相關(guān)的電力電子變換裝置，如變頻器、高頻開(kāi)關(guān)電源、逆變電源等各種變換裝置的研究備受關(guān)注。dualloop control system。Double loop control。s development history and status,raises the threephase voltage source PWM rectifier,and analysed the working principle of threephase voltage source PWM rectifier,on this basis established its mathematical model on ABC static coordinate system,dq synchronous rotating reference frame and ? ? twophase static coordinate system three different coordinate system ,in addition. Secondly,this article researches current control strategy of PWM rectifier in depth,analyse s the shorting and advantage between indirectcurrent control and direct current control, make a decision of employment of direct current control based on fixed switching frequency,and systematic designs parameter of double closed loop controller and PWM converter main circuit in Voltage Space Vector ,and overview the arithmetic of it Finally,In the foundation of theory analysis ,using Power Electric