三相电压型PWM整流器及其控制策略研究精.docx
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三相电压型PWM整流器及其控制策略研究精
广东工业大学
硕士学位论文
三相电压型PWM整流器及其控制策略研究
姓名：
梁锦泽
申请学位级别：
硕士
专业：
控制理论与控制工程
指导教师：
曾岳南
20080501
摘要
捅费
目前，传统二极管蹙流及相控整流因其结构简单，技术相对成熟，是目前中高档变频器中普遍采用的一种ＡＣ／ＤＣ变换形式。
然而，随着绿色能源技术的快速发展，不可控整流引起电流畸变所产生的电磁干扰和谐波污染已经成为日益严重的问题，因此ＰＷＭ整流器技术已成为电力电子技术研究的热点和亮点。
ＰＷＭ整流器可以实现网侧电流接近正弦波，功率因数近似为１并可实现四象限运行，其较抉的动态响应，能量双向流动、直流母线电压可控制和抗负载扰动能力强等优点，使得节能和“绿色环保”高度的结合。
本文详细介绍了三相电压型ＰＷＭ熬流器的工作原理，在三相静止坐标系下推导出基于开关函数的数学模型，并在此基础上通过坐标变换，建立其在两相静止坐标系和两相旋转坐标系下的数学模型。
简要阐述了ＰＩＶＭ整流器的换流过程并对系统主电路的参数选择进行了理论推导。
对比分析了正弦脉宽调制和电压空闻矢量脉宽调制（ｓＶＰ枞）技术。
在此基础上，对Ｐ贼整流器的电流控弗Ｉ策略进行了深入的分析，探讨了闻接电流控制，三种坐标系下的直流电流控制。
针对电压定向控制策略，引入空闻矢量ＰＷＭ（ＳＶＰ删技术，并结合应用前馈控制技术，设计了基于电压定向控铡的双闭环系统。
考虑ＰＷＩＪ整流器的成本闷题，详细阐述了带初始值观测的无电网电压传感器虚拟磁链定向控制的原理，并简要介缨了无电流传感器虚拟电网磁链定向控制策略。
基于电压定向控制策略，采用Ｈ公司的２８１２ＤｓＰ芯片，设计了ＰｗＭ整流系统的硬件电路，包括主电路、控制电路、采样及同步电路，并给出了设计方案。
本文在理论分析的基础上，利用ＭＡＴＬＡＢ提供的电力电子工其箱，在Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真帮境下建立了各种电流控制策略的仿真模型并进行了仿真实验，通过对仿真结果的分析，验证了各种控制策略下系统的ｉＥ确性和可行性，为研究和开发ＰＷＭ整流器提供了实用价值。
关键词：
Ｐ喇熬流器；ＳＶＰ晰；电压定向；虚拟电障磁链
』玺三些奎耋三耋竺耋堡兰
ＡＢＳＴＲＡＣＴ
Ａｔｐｒｅｓｅｎｔ＇ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｄｉｏｄｅｒｅｃｔｉｆｉｅｒａｎｄｐｈａｓｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｒｅｃｔｉｆｉｅｒｈａｓｂｅｃｏｍｅｕｓｕａｌＡＣ／ＤＣ
ｓｔｒｕｅｔｎｒｅａｔｒａｕｓｆｏｍａｆｏｒｍｏｆｍｅｄｉｕｍａｎｄｔｏｐｇｒａｄｅｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｂｅｃａｕｓｅｔｈｅｉｒｓｉｍｐｌｅａｎｄｒｉｐｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｂｕｔｗｉｔｈｔｈｅｒａｐｉｄｌｙｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｇｒｅｅｎｅｎｅｒｇｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｎｄｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｓｍｄｉｓｔｕｒｂａｎｄｔｈｅｈａｒｍｏｎｉｃｐｏｌｌｕｔｉｏｎｆｒｏｍ
ａｕｎ－ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｒｅｃｔｉｆｉｅｒｈａｖｅｂｅｃｏｍｅｓｅｒｉｏｕｓｐｒｏｂｌｅｍ．Ｓｏｎｏｗ，ＰＷＭｒｅｃｔｉｆｉｅｒｉｓ
ａｓａｎｅｗａｎｄｈｏｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ｔｈｅｉｎｅｌｅｃｔｒｉｃｐｏｗｅｒｒｅｓｅａｒｃｈ．Ｉｔｈａｓｍａｎｙａｄｖａｎｔａｇｅｓｓｕｃｈｍａｋｉｎｇｅ＃ｄｃｕｒｒｅｎｔａｐｐｒｏａｃｈｔｏｓｉｎｅｗａｖｅ，ｇｒｉｄｐｏｗｅｒｆａｃｔｏｒｃｏｍｅｔＯ１，ｆｏｕｒｑｕａｄｒａｎｔ
ｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅｃｉｒｃｕｌａｔｅ，ｒａｐｉｄｍｏｔｉｏｎｒｅｓｐｏｎｓｅ，ｐｏｗｅｒｄｕｐｌｅｘｉｎｇｔｒａｎｓｆｅｒ，ＤＣｖｏｌｔａｇｅ
ａｎｄ１０ａｄｄｉｓｔｕｒｂｒｅｓｉｓｔｉｂｌｅ．Ｓｏｉｔｉｓｒｅａｌｌｙｅｎｅｒｇｙｓａｖｉｎｇａｎｄｇｒｅｅｎ．
ＴｈｅｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｔｈｅｏｒｙｏｆＰＷＭｒｅｃｔｉｆｉｅｒｄｅｔａｉｌｅｄｌｙａｎｄｄｅｄｕｃｅｔｈｅｍａｔｈｍｏｄｅｌｂａｓｅｏｎｓｗｉｔｃｈｆｕｎｃｔｉｏｎ，ｔｈｅｎｄｅｄｕｃｅｔｈｅｔｗｏ—ｐｈａｓｅｑｕｉｅｓｃｅｎｔｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｒａｍｅａｎｄｔｗｏ－ｐｈａｓｅｒｏｔａｒｙｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｒａｍｅｍａｔｈｍｏｄｅｌａｆｔｅｒｕｓｉｎｇｔｈｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｌａｍｅ
ｃｕｒｒｅｎｔｔｒａｎｓｆｏｒｍ．Ｂｅｓｉｄｅｓ，ｉｔｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｔｒａｎｓｆｏｒｉｌｌｍｏｄｅａｎｄｄｅｄｕｃｅｔｈｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎ
ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｔｈｅｍａｉｎｃｉｒｃｕｉｔｐａｒａｍｅｔｅｒ．
Ｔｈｅｐａｐｅｒａｎａｌｙｓｅｔｈｅｓｉｎｅｐｕｌｓｅｗｉｄｔｈｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｃｏｎｔｒａｓｔｗｉｔｈｔｈｅｓｐａｃｅｖｅｃｔｏｒｐｕｌｓｅｗｉｄｔｈｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ（ＳＶＰＷＭ），ｔｈｅｎａｎａｌｙｓｅｃｕｒｒｅｎｔｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｉｎｔｅｎｓｉｖｅｌｙｆｏｒ
ｏｎＰＷＭｒｅｃｔｉｆｉｅｒ，ｄｉｓｃｕｓｓｉｎｄｉｒｅｃｔｃｕｒｒｅｎｔｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｄｉｒｅｃｔｃｕｒｒｅｎｔｃｏｎｔｒｏｌｂａｓｅ
ｔｈｒｅｅ—ｐｈａｓｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅ
ｖｅｃｔｏｒｆｒａｍｅ．ｉｔｃｏｎｔｒａｐｏｓｅｓｖｏｌｔａｇｅｏｒｉｅｎｔｅｄｃｏｎｔｒｏｌ，ｉｍｐｏｒｔｉｎｇａｓｐａｃｅＰＷＭ（ＳＶＰＷＭ）ａｎｄｆｅｅｄｆｏｒｗａｒｄｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄ，ｄｅｓｉｇｎ
ｄｏｕｂｌｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｔｈｅｏｎｖｏｌｔａｇｅｏｒｉｅｎｔｅｄｃｏｎｔｒｏｌｗｈｉｃｈｃｏｎｔａｉｎｓｌｏｏｐ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ
ｃｏｓｔｐｒｏｂｌｅｍｆｏｒＰＷＭｒｅｃｔｉｆｉｅｒ，ｉｔｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｔｈｅｏｒｙｏｆｖｉｒｔｕａｌｌｉｎｅｆｌｕｘｏｒｉｅｎｔｅｄｖｅｃｔｏｒｃｏｎｔｒｏｌｗｉｔｈｏｕｔｖｏｌｔａｇｅｓｅｎｓｏｒｓａｎｄｖｉｒｔｕａｌｌｉｎｅｆｌｕｘｏｒｉｅｎｔｅｄｖｅｃｔｏｒｃｏｎｔｒｏｌｗｉｔｈｏｕｔｃｕｒｒｅｎｔｓｅｌｌｓｏｒｓ．
ＴｈｅｐａｐｅｒｄｅｓｉｇｎｓｔｈｅＰＷＭｒｅｃｔｉｆｉｅｒｈａｒｄｗａｒｅｃｉｒｃｕｉｔｂａｓｅｏｎｖｏｌｔａｇｅｏｒｉｅｎｔｅｄ
ｃｉｒｃｕｉｔｃｏｎｔｒ０１．Ｔｈｉｓｓｙｓｔｅｍｉｎｃｌｕｄｅｓｍａｉｎｃｉｒｃｕｉｔ，ｃｏｎｔｒｏｌｃｉｒｃｕｉｔ，ｓａｍｐｌｅａｎｄ
ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎｃｉｒｃｕｉｔ，ａｎｄｐｒｏｖｉｄｅｔｈｅｄｅｓｉｇｎｐｒｏｊｅｃｔ．ＩｔｔａｋｅｓＴＩＤＳＰ２８１２ｌｏａｃｈｉｅｖｅＰＷＭｒｅｃｔｉｆｉｅｒ’Ｓｄｏｕｂｌｅｌｏｏｐｄｉｇｉｔａｌｃｏｎｔｒ０１．
Ｉｎｔｈｅｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｏｒｙａｎａｌｙｓｉｓ，ｕｓｉｎｇＰｏｗｅｒＥｌｅｃｔｒｉｃｔｏｏｌｂｏｘｏｆｆｅｒｅｄｂｙⅡ
ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｎａｅｎｔｕｎｄｅｒＳｉｍｕｌｉｎｋｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｎｄｔｏ
ａｎｄｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｂｙａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓ．Ｔｈｅｏｆｔｈｉｓｐａｐｅｒｗｉｌｌｏｆｆｅｒｐｒａｃｔｉｃａｌｖａｌｕｅｔｏｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｒｅｃｔｉｆｉｅｒ；ＳＶＰＷＭ；Ｖｏｌｔａｇｅｏｒｉｅｎｔｅｄ；ｖｉｎｕａｌｌｉｎｅｆｌｕｘｏｒｉｅｎｔｅｄＵｌＭＡＴＬＡＢｔｏｆｉｎｉｓｈｖｅｒｉｆｙｓｙｓｔｅｍａｔｉｃｅｘａｃｔｎｅｓｓｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎＰＷＭｒｅｃｔｉｆｆｅｒ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：
ＰＷＭ
独创性声明
独创性声明
秉承学校严谨的学风与优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，不包含本人或其他用途使用过的成果。
与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明，并表示了谢意。
本学位论文成果是本人在广东工业大学读书期间在导师的指导下取得的，论文成果归广东工业大学所有。
申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任，特此声明。
论文作者签字：
翠锌译
指剥币繇斡啼１。
ｏｇ年‘月ｙ日
第一章绪论
第一章绪论
１．１课题研究背景及意义
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）、门极关断晶闸管（６ＴＯ）、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被广泛应用。
“１目前这些变流装置很大～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二极管不可控整流电路或晶闸管相控整流电路，对电网注入了大量谐波及无功，给电网带来严重的“污染”。
治理这种电网“污染”最根本的措施就是，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，并开展了大量的研究工作。
其主要思路就是将Ｐ删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Ｐ糊整流器。
本论文只讨论能量可双向流动的可逆Ｐ删整流器及其控制策略，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整流器不仅体现出ＡＣ／ＤＣ变流特性（整流），而且还可呈现出Ｄｃ／Ａｃ变流特性（有源逆交），因而确切地说，这类Ｐ张整流器实际上是一种新型的可逆ＰＷＭ变流器。
经过几十年的研究与发展，ＰＷＭ整流器技术已日趋成熟。
ＰＷＭ整流器主电路已从早期的半控型器件桥路发展到如今的全控型器件桥路，其拓扑结构己从单相、三相电路发展到多相组合及多电平拓扑电路；Ｐ踟开关控制由单纯的硬开关调制发展到软开关调制，功率等级从千瓦级发展到兆瓦级，而在主电路类型上既有电压型整流器（Ｖｏｌｔａｇｅ
型整流器（Ｃｕ【ｔｒｅｎｔ
用。
…ＳｏｕｒｃｅＳｏｕｒｃｅＲｅｃｔｉｆｉｅｒ—ＶＳＲ），也有电流Ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ—ＣＳＲ），并且两者在工业上均成功地投入应
广东工业大学工学硕士学位论文
由于ＰＷＭ整流器实现了网侧电流正弦化且运行于单位功率因数，实现能量双向传输，因而真正实现了“绿色电能变换”。
由于ＰＷＭ整流器网侧呈现出受控电流源特性，因而这一特性使ＰＷＭ整流器及其控制技术的应用领域得到了发展和拓宽，如静止无功补偿（ＳＶＧ）、有源电力滤波（ＡＰＦ）、统一潮流控制（ＵＰＦＣ），超导储能（ＳＭＥＳ）、高压直流输电（ＨＶＤＣ）、电气传动（ＥＯ），新型ＵＰＳ以及太阳能、风能等可再生能源的并网发电等。
“。
”
１．２ＰＷＭ整流器的研究现状
ＰＷＭ整流器的研究始于２０世纪８０年代，这一时期由于自关断器件的日趋成熟及应用，推动了ＰＷＭ技术在整流器领域的应用。
１９８２年ＢｕｓｓｅＡｌｆｒｅｄ，ＨｏｌｔｚＪｏａｃｈｉｍ首先提出基于可关断器件的三相全桥ＰＷＭ整流器拓扑及其网侧电流幅相控制策略，并实现了电流型ＰＷＭ整流器网侧单位功率因数正弦波电流控制。
１９８４年ＡｋａｇｉＨｉｒｏｆｕｍｉ等提出了基于ＰＷＭ整流器拓扑的无功补偿器控制策略，这实际上就是电压型ＰＷＭ整流器早期设计思想。
到２０世纪８０年代末，随着Ａ．ｗ．Ｇｒｅｅｎ等人提出了基于坐标变换的ＰＷＭ整流器连续离散动态数学模型及控制策略，ＰＷＭ整流器的研究发展到了一个新的高度。
“。
１
自２０世纪９０年代以来，Ｐ１】｜『Ｍ整流器一直是学术界关注和研究的热点。
随着研究的深入，基于ＰＷＭ整流器拓扑结构及控制的拓展，相关的应用研究也发展起来，如有源滤波器、超导储能交流传动、高压直流输电以及统一潮流控制等，这些应用技术的研究，又促进了ＰＷＭ整流器及其控制技术的进步和完善。
这一时期Ｐ删整流器的研究主要集中于以下几个方面：
１）ＰｗＭ整流器的建模与分析；２）电压型ＰｗＭ整流器的电流控制；３）主电路拓扑结构研究；４）系统控制策略研究；５）电流型ＰｗＭ整流器研究。
１．ＰＷＭ整流器的建模研究
ＰＷＭ整流器数学模型的研究是ＰＷＭ整流器及其控制技术研究的基础。
自Ａ．Ｗ－Ｇｒｅｅｎ等提出了基于坐标变换的ＰＷＭ整流器连续、离散动态数学模型之后，各国学者以不同方法从各方面对ＰＷＭ整流器的数学模型进行了深入仔细的研究，其中Ｒ．ｗｕ，ｓ．Ｂ．Ｄｅｗａｎ等较为系统地建立了ＰＷＭ整流器的时域模型，并将时域模型分解成高频、低频模型，且给出了相应的时域解。
而ＣｈｕｎＴ．Ｒｉｍ和ＤｏｎｇＹ．Ｈｕ等则利用局部电路的ｄｑ坐标变换建立了ＰＷＭ整流器基于变压器的低频等效模型电路，并给出了稳态、动态特性分析。
在此基础上ＨｅｎｇｃｈｕｎＭａｏ等人又建立了２
第一章绪论
一种新颖的降阶小信号模型，从而简化了ＰＷＭ整流器的数学模型及特性分析。
““
２．电压型Ｐ眦整流器的电流控制策略研究
为了使电压型ＰｔＰＡ整流器网侧呈现受控电流源特性，其网侧电流控制策略的研究显得十分重要。
在ＰＷＭ整流器技术发展过程中，电压型ＰＷＭ整流器网侧电流控制策略主要分成两类：
一类是由Ｊ．Ｗ．Ｄｉｘｏｎ和Ｂ．Ｔ．Ｏｏｉ首先提出的“间接电流控制”策略：
另一类就是目前占主导地位的“直接电流控制”策略。
“间接电流控制”实际上就是所谓的“幅相”电流控制，即通过控制电压型ＰＷＭ整流器的交流侧电压基波幅值、相位，进而间接控制其网侧电流。
由于“间接电流控制”其网侧电流的动态响应慢，且对系统参数变化灵敏，因此这种控制策略已逐步被“直接电流控制”策略所取代。
“直接电流控制”策略以其快速的电流响应和鲁棒性受到了学术界的关注，并先后研究出各种不同的控制方案，主要包括以固定开关频率且采用电网电动势前馈的ＳＰＷＭ控制，以及以快速电流跟踪为特征的滞环电流控制等。
为了提高电压利用率并降低损耗，基于空间矢量的ＰＷＭ控制在电压型Ｐ列整流器电流控制中取得了广泛应用，并先后提出了多种控制方案。
目前，电压型ＰｗＭ整流器网侧电流控制有将固定开关频率、滞环及空间矢量控制相结合的趋势，以使其在大功率有源滤波等需快速电流响应场合获得优越的性能。
此外，在具体的控制策略上还相继提出了状态反馈控制等。
３．ＰｗＭ整流器拓扑结构的研究
就Ｐ删整流器拓扑结构而言，可分为电流型和电压型两大类。
而对于不同功率等级以及不同的用途，人们研究了各种不同的ＰＷＭ整流器拓扑结构。
在小功率应用场合，ＰＷＭ整流器拓扑结构的研究主要集中在减少功率开关和改进直流输出性能上。
Ｊ．Ｓｈｉｅｈ等对四开关三相电压型ＰｗＭ整流器进行了建模与分析，并阐述了这类电路的工作特点。
然而一般的电压型Ｐ蹦整流器为Ｂｏｏｓｔ型交换器，正常工作时，其直流侧电压须高于交流侧电压峰值，那么如何利用电压型ＰＷＭ整流器输出相对较低的直流电压呢？
Ｃｈｉｎｇ—ＴｓａｉＰａｎ等学者对一般的ＰＷＭ整流器拓扑进行改进，并取得了一定成果。
对于大功率ＰｌＵＭ整流器，其拓扑结构的研究主要集中在多电平拓扑结构变流器组合以及软开关技术上。
多电平拓扑结构的ＰＷＭ整流器主要应用于高压大容量场合。
而对大电流应用场合，常采用变流器组合拓扑结构，即将独立的电流型Ｐ啊整流器进行并联组合。
与普通并联不同的是，每个并联的ＰＷＭ整流器中的ＰｗＭ信号发生采用移相ＰＶＳＩ控制技术，从而以较低的开关频
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率获得了等效的高开关频率控剑，即在降低功率损耗的同时，有效地提离了ＰＷＭ整流器的电流、电压波形品质。
“４”与此相似，也可将独立的电压型阿Ｍ整流器进行串联移相组合，以适应高压大容量的应用场合。
此步｝，在大功率Ｐ嘲整流嚣设计上，还研究了基于软开关（ＺＶＴ，ＺＣＴ）控制的拓扑结构和相应的控制策略，然而这一技术还有待进一步完善和改进。
４．ＰＷＭ整流器系统控制策略的研究
随着ＰＷＭ整流器及其控制策略研究的深入，研究人员楣继提出了一些较为薪颖的系统控制策略。
（１）无电网电动势传感器及无网侧电流传感器控制
为进一步简化电压型ＰＷＭ整流器的信号检测，ＴｏｓｈｉｈｉｋｏＮｏｇｕｃｈｉ等学者提出了一种无电网电动势传感器的Ｐ嘲整流器控制策略。
Ｂ．ｔｔ．Ｋｗｏｎ等人也提出了类似的研究报告。
这一研究主要包括两类电网电动势的重构方案：
其一是通避复功率的估计来重构电网电动势：
其二是基于网侧电流偏差调节的电网电动势重构。
前者是一种开环估计算法，因丽精度不高，并且在复功率估计算法中由予含有微分项，匿丽容易弓ｌ入干扰；而后者则是一种闭环估计算法，它采用网侧电流偏差的ＰＩ调节来控制电网电动势的重构误差，因而精度较高。
箍．Ｒｉｅｓｅ则通过直流侧电流的检测来重构电压型逆交器的交流侧窀流，从而为无交流电流传感器的ＰＷＭ整流器研究奠定了基础。
“””
（２）基于Ｌｙａｐｕｎｏｖ稳定性理论的ＰＷＭ整流器控制
针对具有菲线性多变量耦合特性的电压型ＰＷＭ整流器模型，常规的控制策略及其控制器设计一般采用稳态工作点小信号扰动线性化整定方案，这种方案不足之处在于无法保｛芷控制系统大范围扰动的稳定性。
为此，ＨａｓａｎＫｏｍｕｒｃｕｇｉｌ等学者提出了基于Ｌｙａｐｕｎｏｖ稳定性理论的控制策略。
这一新颖的控制方案以电感、电容储能的定量关系建立了Ｌｙａｐｕｎｏｖ函数，并由三相ＰＷＭ整流器的ｄｑ模型以及相应的空间矢量ＰＷＭ约束条件，推导出相关的控制算法。
从相关实验结果来看，这一方案较好地解决了ＰＷＭ整流器的大范围稳定控制问题。
随后，ＨａｓａｌｌＫｏｍｕｒｃｕｇｉｌ等又针对单相电压型ＰＷＭ整流器的Ｌｙａｐｕｎｏｖ控制方案进行了系统研究。
（３）ＰＷＭ整流器的时间最优控制
常规的基于ｄｑ模型的电压型ＰＷＭ整流器控制采用前馈解耦控制，用两个独立４
第一章绪论
的ＰＩ调节器分别控制相应的有功、无功分量。
而有功、无功分量间的动态耦合以及ＰＷＭ电压利用率的约束，影响了电压型ＰｉｙＭ整流器有功分量（直流电压）的动态响应。
针对这一问题，Ｊｏｎｇ－Ｗｏｏｃｈｏｉ等学者矛４用最优控制理论提出了确保直流电压响应的时间最优控制。
其基本思路就是，根据时间最优控制算法求解出跟踪指令电流所需的最优控制电压，并在动态过程中隧低相应无功分量的响应速度，从而有效地提高了有功分量（直流电压）的动态响应速度，实现了三相电压型Ｐ删整流器直流电压的时间最优控制。
（４）电网不平衡条件下的ＰＩＮ整流器控制
在三相ＰＷＭ整流器控制策略研究过程中，一般均假设三相电网是平衡的。
面实际上，三相电网常处于不平衡状态，即三棚电网电压的幅值、相位不对称。
一旦电网不平德，以三相电网平衡为约束所设计的ＰＩＮ熬流器就会出现不正常的运行状态，主要表现在：
Ｐ嘲整流器直流侧电压和网侧电流的低次谐波幅值增大，且产生非特征谐波，同时损耗相应增大；ＰＩＮ整流器网侧电流亦不平衡，严重时可使ＰＩＮ整流器发生故障，甚至烧坏装置。
为了使Ｐ嘲整流器在电网不平衡条件下仍能正常运行，必须提如相应的控制策略。
ＬｕｉｓＭｏｒｄ等学者予１９９２年提出研究报告，分板并推导了三相电压型ＰｗＭ整流器在三相电网不平衡条件下网侧电流以及直流电压时域表达式，ＬｕｉｓＭｏｒｏｎ等通过理论分析认为，电网负序分量是导致网侧电流疃交的骧因；同时指出，电喇不平衡条件下，常瓣的控制方案将使直流侧产生偶次谐波分量，且通过Ｐ黼控制，ＰＩＮ整流器交漉侧会产生相应的奇次谐波，从而导致网侧电流畸交。
然两，ＬｕｉｓＭｏｒｏｎ并没有从控制策略上改进设计，而只是提患了电网不平衡条件下电压型ＰＩＮ整流器嘲侧电感、直流摆ｌ电容的设计准刚。
为此，Ｄ．Ｖｉｎｃｅｎｔｉ等人较为系统飑提如了正序ｄｑ坐标系中的前馈控制策略，即通过受序分量的前馈控帝ｌ来寸牵制电网负序分量对ＰＩＮ整流器控制的影响。
僵这一方案使芷痔如坐标系中的负序基波分量望现出２次谐波形式，显然，采用ＰＩ调节器则无法获得基波分量盼无静差控制，因此不能完全消除负序基波分量的影响。
作为改进研究，Ｈｏｎｇ—ｓｅｏｋｓｏｎｇ等学者提出了一种采用正序、负序两套同步旋转坐标系的独立控制方案，该方案在各自的同步旋转坐标系中，将正序、负序基波分量均转换成直流分量，从而通过ＰＩ调节器即可实现无静差控制，因此，这是一个理论上较为完善的控制方案，该方案不足之处就是控制结构复杂，且在线运算工作量大，一般需采用双数字信
广东工业犬学工学硕ｊ：
学位论文
号处理器ＯｓＰ）控制。
““…
１．３本文研究的主要内容
本文曹先对三相电压型ＰＷＭ整流器的工作原理进彳亍分析，然后详细介绍其电流控制策略并进行硬件设计及仿真实现，主要工作如下：
’。
分析三栩电压型Ｐ删整流器的结构、工作原理，详细推导在三种坐标系下的数学模型，劳给予比较分柝，探讨主电路参数的具体设计方法。
２。
在分析正弦脉宽调制技术的基础上，对电墨空闻矢量（ＳＶＰ雕）控制技术进行了详尽的理论分析和数学描述，并进行ＭＡＴＬＡＢ仿真实验予以验证。
３。
探讨三相电压型Ｐ删整流器在三种坐标系下的电流控制策略，并对无传感器虚拟磁链定恕睦制作详细的分析。
４．设计基于ＴＩ公司ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２ＤＳＰ为控制核心的ＰＷＭ整流系统，锯括主电路、控制电路及采样电路的设计。
５。
构建各种电流控制策略的仿真模型，并对结果进行对比分析。
６
第二章ＰＶ４／ｖｌ整流器的Ｔ作原理
第二章ＰＷＭ整流器的工作原理
随着技术的发展，已有多种形式的ＰＷＭ整流器。
按最基本的分类方法就是将ＰＷＭ整流器分成电压型和电流型两大类。
目前，电压型ＰＷＭ整流器（简称ＶＳＲ）在实际应用较多，其常见的拓扑结构有：
单相ＶＳＲ、三相ＶＳＲ、三电平ＶＳＲ和基于软开关调制的ＶＳＲ。
单相ＶＳＲ全桥结构较为简单且不失一般性，这里先以其为例说明电压型ＰＷＭ整流器的工作原理，然后再进一步研究三相电压型ＰＷｌＶＩ整流器。
２．１单相电压型ＰＷ８整流器工作原理
单相全桥电压型ＰＷＭ整流器拓扑结构如图２－１所示，结构由交流回路、功率开关管桥路以及直流回路组成。
为讨论方便假设开关频率足够大，电源内阻及电感电阻均忽略。
交流回路包括交流电压以及网侧电感等，电感在这里起到传递能量、限制谐波电流和平衡电网电压与桥臂终端电压的关系等作用；直流回路包括直流电容、负载等，其中电容为高次谐波电流提供低阻抗通路。
Ｕｓ
图２—１单相全桥电压型ＰＷＭ整流器拓扑结构图
Ｆｉｇ．２—１Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｏｆｓｉｎｇｌｅ—ｐｈａｓｅｖｏｌｔａｇｅｓｏｕｒｃｅＰＷ／Ｖｌｒｅｃｔｉｆｉｅｒ
与单相全桥逆变器的工作原理类似，按照正弦信号波和三角波相比较的方法对图２一ｌ的ｖＴ。
～ＶＴ。
进行控制，在桥的交流输入端ＡＢ产生输出电压“。
。
，钳。
。
含有和ｕ。
正弦信号同频率的基波分量，以及和三角波有关的频率很高的谐波分量。
由于电感Ｌ的滤波作用，高次谐波电压只会使交流电流ｆ。
产生很小的脉动，可以忽略不计““。
在交流电源电压”，一定的情况下，ｔ的幅值和相位仅由群。
中基波分量“。
的幅值及其与甜，相位差来决定。
改变ＵＡＢＦ的幅值和相位，就可以使ｉ。
和“。
同相位、７
广东工业大学工学硕士学位论文
反相位或者相差一定的相位角。
各向量关系如图２—２所示。
ａ）整流运行ｂ）逆变运行ｃ）功率因数可调运行
隧２－２单相ＰＷＭ整流器的向量关系图
ａ）Ｒｅｃｔｉｆｉｅｒｔｙｐｅ
Ｆ培２－２ｂ）ｉｎｖｅｒｓｉｏｎｔｙｐｅｃ）Ｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅｐｏｗｅｒｆａｃｔｏｒｔｙｐｅｓｏｕｒ∞ＰＷＩｖｌｒｅｃｔｉｆｉｅｒＶｅｃｔｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｏｆｓｉｎｇｌｅ－ｐｈａｓｅｖｏｌｔａｇｅ
图中，Ｕ。
——交流侧电网电压矢量
，。
——交流侧电漉矢量
Ｕ。
。
——Ｐ嘲整流器交流侧电压矢量
∥，——交流侧电感电压矢量
从图２～２各量的矢量关系图中可以
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