基于直接功率控制的三相电压型pwm整流器控制策略研究

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1、基于直接功率控制的三相电压型PWM整流器控制策略研究第1章绪论1.1课题研究的意义及背景整流器作为电力电子装置中交-直变换的重要组成部分，在各个领域都具有广泛的应用。由于受到电力电子器件发展限制，早期在整流器刚刚问世时，整个整流电路都是由二极管或者晶闸管搭建而成的不可控或者相控电路[1]。与现代的整流电路相比，这些电路结构简单、容易实现，但是它们不但功率因数非常低，而且动态响应慢，对电网产生严重的谐波污染，无形中带来了严重的资源浪费和经济损失。近年来，电力电子器件得到了高速发展，人们对能源高效利用的越来越重视，如何

2、提高电力电子装置的功率因数、降低甚至消除电网谐波污染，成为电力电子领域迫在眉睫的重点研究问题。针对这两种问题，主要从抑制电力电子装置中的谐波进入电网中干扰电网电流在单位功率因数下运行。随着各国学对电力电子领域研究的不断深入，提出了脉宽调制(pulseodulation,P)技术。由于其优越的性能，很快这种技术就在电力电子领域获得全面的使用，同时也应用到了整流器的控制当中。由于其高效、低耗的性能，由管控型开关器件P整流器很快全面的取代由二极管或晶闸管组成的整流电路。虽然P整流器比传统的整流电路效果更好，但是由于受控制

3、策略的影响很大，自身也存在着一定的弊端。因此，从20世纪80开始，国内外很多研究人员针对P整流器不同的控制策略做出很多的努力[2][3]。通过各国学者多年坚持不懈的努力，提出了多种高效P整流器控制策略，使得P整流器具备了动态响应快、单位功率因数下运行等优良性能[4]。就是由于其优良性能，让P整流器在众多领域获得到大量使用。所以P整流器所使用的控制策略不但影响整个系统的工作性能还决定其使用范围，针对控制策略的研究具有深远而且重要的意义。通过多年来的研究，越来越多的控制控制策略被各国学者提出并且应经应用到了实际工程当中

4、，但是较为成熟而且应用最广泛的控制策略是电网电压控制[5]和直接功率控制[6]。.........1.2P整流器发展现状由于整流器具有双向流动的特性，所以一般情况下可以根据一个侧面或者某一种功能来命名整流器，如可逆整流器、开关模型整流器、功率因数矫正器等。伴随着对整流器研究的不断深入，整流器已经突破了单一的整流功能的使用，针对它的研究已经成为一个重要的领域，直接影响了电力电子技术的研究与发展，具有丰富的研究内容并在众多领域中起着重要作用。各国学者将P技术与整流器联合起来使用的研究始于上世纪70年代起。从此，利用P技

5、术来对全控型开关器件的整流器进入了一个全新的时代当前，针对P整流器研究的重点方向是数学模型的建立、拓扑结构以及控制策略。数学模型的搭建是P整流器控制策略研究的重要理论基础[13]。A.整流器坐标变换数学模型，降低了建立控制策略数学建模的难度，促进P整流器控制策略研究的步伐[14]；此后，各国研究人员针对P整流器不同方向进行了详细的研究，R.整流器坐标变换的低频等效模型[15]；MaoH在前人学者研究的基础上提出了一种降阶小信号模型，简化了P整流器的数学模型和特性分析过程[16]；我国学者史伟伟等人建立了基于状态空间

6、平均法的P整流器主电路等效数学模型[17]；张纯江等人建立的基于相位幅值控制P整流器主电路数学模型，这种模型揭示了P整流器系统内在关系，为系统设计提供了重要的理论依据[18]。根据P整流器主电路拓扑结构将其分为电压型和电流型两种。各国学者根据P整流器功率等级对其主电路拓扑结构进行详细研究。Kanaan.H.Y等人在小功率等级应用场合对三相电压型P整流器的三线四开关主电路拓扑结构进行了建模及分析[19]，对直流侧输出电压的性能和减少开关管开通关断的次数进行研究。针对P整流器在大功率场合中的应用研究主要集中在软开关技术

7、、组合拓扑结构和多电平拓扑结构三个方面[20]。..........第2章直接功率控制系统控制机理研究2.1P整流器工作原理图2-1是三相电压型P整流器的主电路拓扑结构，从系统的主拓扑结构图中可以发现，根据不同工作条件，P整流器既能够工作在整流状态，还可以工作在逆变状态。因此，P整流器具有能量的双向流动特性，而且能够实现四象限运行。由于本文针对P整流器DPC策略进行研究，因此不考虑逆变工作状态。从上图可以看出，由于整流器存在交流侧电感，因此可以使整个系统工作于升压状态。交流电流ai、bi、ci是由交流电感上压降Lu

8、决定。在不考虑等效R条件下，uL等于ua、ub、uc与uSa、uSb、uSc的差值。不论采用何种控制策略，为了达到交流侧输入电压与电流相位相同的目的，都需要对功率开关器件的开关和关断进行相应的控制。在P整流器处于工作状态时，同一桥臂上的两个功率开关管可能会出现同时导通的工作状态，这样就会造成直通短路的危险。因此，在所有的控制策略中都必须保证同一桥臂上的两个功