三电平变流器调制策略研究

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1、三电平变流器调制策略研究刘成华深圳市三和电力科技有限公司广东深圳518055摘要：目前，在高压大功率领域中，由于二极管钳位型三电平PWM整流器可以提供正弦化、低谐波的输入电流，可控功率因素，以及能量可以双向流动,因此得到越来越广泛的应用。本文主要对二极管钳位型三电平整流器的控制系统进行研究。依据三电平PWM整流器在不同吋刻开关函数的拓扑连接关系，在将负载处理为扰动量的基础上，木文建立了三电平PWM整流器在三相静止ABC坐标系下的数学模型，并通过坐标变换，得到同步旋转dq坐标系下的数学模型,使三相交流量转化为两相直流量，简化了该数学模型，并为以后的控制器设计和稳定性分析

2、提供了理论依据。关键词：三电平变流器；调制；策略1PWM1.1中小型PWM高频整流器能量可回馈型的PWM整流器均采用全控型半导体开关器件，它比PFC电路具有更快的响应和更好的输入电流波形。由于最初的半导体器件(SCR,GT0)都是单向导通的，所以电流型整流器出现的时间要早一些。而实际应用中，电压型的PW整流器占绝大多数，特别是在中小功率领域。抛开整流器的输入电感，整流器的主电路和逆变器是一样的。稳态时工作时，输岀直流电压不变，开关管按止弦规律脉宽调制，整流器交流侧的输出电压和逆变器相同。忽略整流器输出交流电压的谐波，变换器可以看作是可控正弦三相电压源。它和正弦的电网电

3、压共同作用于输入电感，产生正弦电流波形。适当控制整流器输出电压的幅值和相位,就可以获得所需大小和相位的输入电流。1.2.2大容量PWM高频整流器的拓扑结构由于功率开关的限制，采用以上拓扑结构对于高电压、大电流、大容量系统可能不适用，这就出现了高电压和大电流的拓扑结构。高电压拓扑结构一般分为无变压器拓扑结构和有变压器拓扑结构，其中，无变压器拓扑现在应用最多的是三电平PWM高频整流器，有变压器拓扑结构一般指多个模块通过变压器串联。采用变压器进行串联的拓扑形式性能好，开关频率低，但是需要一个很大的变压器。以上的拓扑结构适合于大容量中电压等级高的情况。当大容量系统的电压等级不

4、是很高，但电流等级高的时候，以上拓扑结构将不再适用，需要采用多个PWM整流器并联。三相PWM整流器系统的并联一般分两种情况：有变压器并联与无变压器并联。2多电平变换器的调制策略简述2.1多电平变换器的调制策略大致有三种：((1)正弦PWM调制(SPWM)；(2)选择谐波消除PWM调制(SHEPWM)；⑶空间矢量PWM调制(SVPWM)。多电平的SPWM调制策略是对两电平的SPWM调制策略的一种扩展。对于N电平逆变器，在每个相中有门-1个三角载波，N-1个三角载波和正弦波调制相比，逆变器的波形。特定消谐PWM调制方法的傅里叶变换的正弦波输出，得到最低的谐波应该淘汰的，通

5、过一定的算法专用开关位置角的计算，从而消除最低谐波。计算选择性谐波消除的PWM方法比较大，需要离线计算，而在DSP或微处理器中存储大量的形式，所以波形质量要求不是很高的地方一般不采用这种调制策略。空间矢量PWM调制方法是用旋转电压矢量代替abc坐标系中的三相正弦交流电压。每个扇区的旋转矢量可以由三个相邻的I古I定电压矢量组成。控制三个矢量的时间等于控制旋转电压矢量的长度和方向。在这三种调制方式中，由于空间矢量PWM调制方法的调制范围犬，母线电压利用率相对较高，因此得到了广泛的应用。在木文中，控制系统也是SVPWo2.2电压型PWM整流器的控制数学模型的建立是整流器有效

6、控制的基础。一般认为半导体器件是一种理想的开关，根据不同开关方式的电路拓扑关系，得到原整流器模型。原来的模型只能用于仿真计算，难以用于系统分析。采用状态空间平均法消除模型的不连续性,采用坐标变换法将稳态交流变量作为直流变量。控制目标是输入电流，输出电压为2。输入电流控制是整流系统控制的关键。因为使用PWM整流器的目的是使输入电流波形正弦。其次，有效控制输入电流的实质是有效控制变流器的能量流和输出电压的控制。根据这一观点，整流器可分为两类：间接电流控制和直流控制。间接电流控制又称为幅相控制，它通过调节整流器交流侧电压的幅值和相位来控制输入电流。电流控制是基于整流器的空间

7、矢量图或相量图。间接控制的静态特性很好。由于电流传感器不需要，成本相对较低。但到目前为止，间接控制应用的例子是罕见的。这是因为间接控制法是基于稳态视图。系统的暂态过程是根据其自然特性完成的，整流器的固有特性非常差。因此，在间接电流控制过程屮,电流超过100%,电流振荡严重，系统稳定性差，响应速度慢。在本文中，输入电流反馈的控制方法被称为直接电流控制。直流控制具有很好的动态性能。根据系统控制器的结构可将直流控制分为三种类型。2.2.1电压电流双闭环控制方式这是目前应用最广泛、最实用的控制方式。它们的共同特点是：输入电流和输出电压分别控制。电压外环的输出