电压型PWM整流器直接功率控制系统

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电压型PWM整流器(VSR)及控制系统的matlab仿真

A
• 各相正弦调制信号uga,ugb,ugc，幅值均为Ugm，频率与网压频率
理
相同;
论部
uga U gm sin(t )
ugb
U gm
sin(t
2
3
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分
ugc
U gm
sin(t
2
3
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• Ψ：各相正弦调制信号滞后网压的角度， arctan LN
• 调制比m： m U gm
RN
U cm
• Ucm：对称三角波的幅值。
部
并把它作为电流调节器指令电流。
分
• 电流内环能根据指令电流对网侧相电流进行快速跟踪控制。
从电压外环得到的指令电流与网侧相电流比较，差值经电流PI
调节器处理后与一个频率固定的三角波信号相比较得到PWM控
制信号大，其差值信号为正，经正弦
理
波与三角波调制后，可使下桥臂整流器件导通，从而使网
)U0
3.三相桥式 VSR的数学模型
A
• 三相VSR在三相静止坐标系下(a,b,c)的一般数学
理
模型：
论
部
分
LN
d dt
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U
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4.电压矢量定向控制策略
A
• 电压矢量控制方案即为：为基于d-q轴同步速旋转坐标系的
Ume jt
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2 3
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分
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4.电压矢量定向控制策略

三相电压型PWM整流器直接功率控制方法综述

三相电压型PWM整流器直接功率控制方法综述/tech/intro.aspx?id=565点击数：260刘永奎，伍文俊（西安理工大学自动化学院电气工程系，陕西西安710048）摘要首先介绍了三相电压型PWM整流器的拓扑结构，在此基础上，对当前应用于PWM 整流器的直接功率控制策略进行了对比分析，介绍了其实现机理和优缺点，最后，对直接功率控制在三相电压型PWM整流器中的控制技术进行了展望。

关键字 PWM整流器；直接功率控制；综述Summary about Direct Power Control Scheme of Three-Phase Voltage Source PWM RectifiersLIU Yongkui，WU Wenjun（Xi'an University of Technology，Xi'an Shannxi 710048 China）Abstract The topological structure of three-phase PWM rectifiers is introduced. On this basis, several DPC methods of three-phase voltage source PWM rectifiers were introduced and compared. At last, the pros原per of the control scheme development trends in three-phase PWM rectifiers is presented.Keywords three-phase PWM rectifiers；direct power control；summary1 概述三相电压型PWM整流器具有能量双向流动、网侧电流正弦化、低谐波输入电流、恒定直流电压控制、较小容量滤波器及高功率因数（近似为单位功率因数）等特征，有效地消除了传统整流器输入电流谐波含量大、功率因数低等问题，被广泛应用于四象限交流传动、有源电力滤波、超导储能、新能源发电等工业领域。

三相电压型PWM整流器的仿真讲解

摘要为了解决电压型PWM整流器直接功率控制系统主电路参数设计问题,根据整流器在dq 两相同步旋转坐标系中的数学模型建立了其功率控制数学模型.基于功率控制数学模型,结合整流器直接功率控制系统的特点,推得交流侧电感是由功率、功率滞环比较器环宽及开关平均频率决定的;直流侧直流电压是由交流电压、电感及负载决定的;突加负载时直流侧电容是由直流电压波动、功率、电感及负载决定的.根据上述影响主电路参数的诸多因素,提出交流侧电感、直流侧电压及直流侧电容的设计方法.计算机仿真和实验证明了本文提出的设计方法是可行的.关键词PWM整流器; 直接功率控制; 直流电压; 交流侧电感; 直流电容目录1 电压型PWM整流器 (2)1.1电压型PWM整流器拓扑结构及数学模型 (3)1.2 电压型PWM整流器DPC系统结构及原理 (3)2 电压型PWM整流器DPC系统主电路参数设计 (5)2.1 交流侧电感的选择 (5)2.2 直流侧直流电压的选择 (6)2.3 直流侧电容的选择 (7)3 电压型PWM整流器DPC系统仿真与实验 (9)3.1 系统主电路参数设计 (9)3.2 系统仿真 (9)3.3 系统实验 (10)4 总结与体会 (12)参考文献 (13)1电压型PWM 整流器1.1电压型PWM 整流器拓扑结构及数学模型电压型PWM 整流器主电路拓扑结构如图1所示.图中a U ，b U ,c U 为三相对称电源相电压,,a b c i i i 为三相线电流;,,a b c S S S 为驱动整流器开关管(绝缘栅双极型晶体管IGBT)开关函数;jS 定义为单极性二值逻辑开关函数,jS =1(j=a,b,c)则上桥臂开关导通,下桥臂开关关断,jS =0下桥臂开关导通,上桥臂开关关断；dc U 为直流电压;R,L 为滤波电抗器的电阻和电感;C 为直流侧电容;RL 为负载;,ra rb rc U U U 为整流器的输入相电压;L i 为负载电流。

三相电压型PWM整流器的滑模变结构控制

［ＡＮＧＹＵ，ＮＧＹＡＮ，ＷＥＡａｔａｇ — ３】ＦＸＩＨＵＹＵＮ．ｆｓｌｏ
ｒｔｉｈｍｏｆｒＳＶＰＷＭｎｔｅｈｓｏｒｆｃｏｏｒｃｉｎｉｈｒｅｐａｅｐｗｅａｔｒｃｒｅｔｏ
（上接第４９页）智能数据采集终端的软件设计流程图如图３所示，
的高频电容，以减少对电源的影响。
（）数字地和模拟地就近接大面积地，３以保持地的
低阻特性。（）单片机与ＡＴ０２４Ｔ７２Ｂ的ＳＩＰ通讯连线尽可能
这里重点介绍一下ＧＴＭ９０的初始化。０
短，同时串上一个１０欧姆的电阻，消除信号的高频干扰。
（）在晶振的信号线附近大面积铺地，５禁止其他信
号线从中穿过。２．件抗干扰设计软
ＧＴＭ９０的初始化包括ＡＰ接入点名称）０Ｎ（的配置、数据模式的选择、ＴＣ／Ｐ功能的进入以及ＴＣＰＩＰ链接的打开等操作。ＡＰＮ的配置主要有ＣＭＷＡＰ和ＣＭＮＥＴ两
［】姜向龙等．４三相ＰＷＭ整流／逆变系统的李亚普罗夫控Ｎ［】华中科技大学学报（Ｊ．自然科学版）２０，４５：２９．，０６３（）９－５［】王栓庆，５王久和，王立明．具有快速跟踪能力的电压型ＰｗＭ整流器直接功率控制［．Ｊ电气传动，０７３（）２－０］２０，７５：７３．【］李培芳，６孙士乾．三相电路瞬时电流，功率的分解与Ｐｒａｋ空间分析【］浙江大学学报，０１３（）１－１．Ｊ．２０，５１：４６

三相电压型PWM整流器控制策略及应用研究

三相电压型PWM整流器控制策略及应用研究一、概述随着电力电子技术的快速发展，三相电压型PWM（脉冲宽度调制）整流器作为一种高效、可靠的电能转换装置，在电力系统中得到了广泛应用。

其不仅能够实现AC（交流）到DC（直流）的高效转换，还具有功率因数高、谐波污染小等优点，对于改善电网质量、提高能源利用效率具有重要意义。

对三相电压型PWM整流器的控制策略及应用进行深入研究，对于推动电力电子技术的发展和电力系统的优化升级具有重要意义。

三相电压型PWM整流器的控制策略是实现其高效稳定运行的关键。

目前，常用的控制策略包括基于电压矢量控制的直接电流控制、基于空间矢量脉宽调制的间接电流控制等。

这些控制策略各有优缺点，适用于不同的应用场景。

需要根据实际应用需求，选择合适的控制策略，并进行相应的优化和改进。

在实际应用中，三相电压型PWM整流器被广泛应用于风力发电、太阳能发电、电动汽车充电站等领域。

在这些领域中，整流器的稳定性和效率对于保证整个系统的正常运行和提高能源利用效率具有至关重要的作用。

对三相电压型PWM整流器的控制策略及应用进行研究，不仅有助于推动电力电子技术的发展，还有助于提高能源利用效率、促进可再生能源的发展和应用。

本文将对三相电压型PWM整流器的控制策略及应用进行深入研究。

介绍三相电压型PWM整流器的基本原理和常用控制策略分析不同控制策略的优缺点及适用场景结合实际应用案例，探讨三相电压型PWM整流器的优化改进方法和发展趋势。

通过本文的研究，旨在为三相电压型PWM整流器的设计、优化和应用提供理论支持和实践指导。

1. 研究背景与意义随着全球能源危机和环境污染问题日益严重，可再生能源的利用与开发已成为世界各国关注的焦点。

作为清洁、可再生的能源形式，电能在现代社会中发挥着至关重要的作用。

传统的电能转换和利用方式存在能量转换效率低、谐波污染严重等问题，严重影响了电力系统的稳定性和电能质量。

研究高效、环保的电能转换技术具有重要意义。

三相电压型大功率PWM整流器研究和系统设计

三相电压型大功率PWM整流器研究和系统设计近年来，随着电力电子器件的发展和现代控制理论的应用，PWM整流器因具有交流侧可单位功率因数运行，能量可以双向流动等优点，而成为电力电子领域的研究热点，并且在风力并网发电，有源电力滤波方面得到了大力的应用。

本文以三相电压型PWM整流器为研究对象，在广泛研究了PWM整流器的研究热点和应用现状上，建立了基于开关函数的数学模型，深入分析了三相电压型PWM整流器的换流过程和工作原理。

在对比了PWM整流器现行的各种控制策略优缺点后，采用直接电流控制策略，在MATLAB中建立了基于直接电流控制策略的PWM整流器仿真模型，通过仿真，分析了PWM整流器中电感，电容参数变化，负载变化时对系统性能的影响，提出一种PWM整流器交流侧电感计算方法。

针对传统直接电流控制策略中PWM整流器交流侧电流总谐波畸变率大等问题，提出基于参数自整定模糊PI控制算法，来代替直流电流控制中普通的PI 控制器。

针对PWM整流器的直流电压超调量大，过渡时间较长等问题，将滑模变结构控制理论应用于PWM整流器中，建立了基于PWM整流器传递函数的电压外环滑模控制器，在N砂汀LAB/simuhnk中验证了上述改进措施的正确性。

最后，本文完成了以TMS32OF2812DSP为核心的PWM整流器系统设计。

完成主电路参数的计算，开关管的选型，完成了PWM整流器交流侧电压电流，直流侧电压检测电路设计以及驱动电路设计对PWM整流器软件设计进行概要介绍。

关键词PWM整流器，模糊控制，电感参数计算，滑模控制AB5TRACT AsthedevelopmentofPowerelectroniedevieesandmodemeontroltheory，Three PhaseV oltage SourcePWMReetifier(VSR)15widelyused. It15usefulinindustrialaPPlieationssuchasactivePowerfiiter，variable sPeeddrives.Three 一PhaseVSR15capableofbi一direetionalPowerflow，unityPowerfaetoroPerationandinPutcurrentwithlowhannonicCofltCllt.InthisPaper，theThree一PhaseVSRMathematiesmodebasedonswitehingfunctionareseParatelysetteduPinthree一Phasestationaryeoordinateandtwo一Phasesynehronouslyrotatingcoordinate，anddireetcurrenteontrolschemeforthree一PhaseVSR15studiedandsimulated.Fromtheresultsofsimulation，thisPaPeranalysisedThree一PhaseVSRdynamicPerformaneeandrobustnesswhenitsinduetance，caPaeitaneeandloadareehanged，thenanewmethodaboutinductanceealculateinghasbeenProPosed.ConsideringhighhannoniecontenteharaeteristicoftheinPuteurrent，afuzZylogiceurrentregulatorbaseondeePlyanalyzingtheadvantagesoffuzZyPleontrolwasProPosed.ThefuzZylogiceurrentregulator15usedtoredueetheTHDofinPutcurrentsandaccommodationtimeofvoltage.InordertoimProvetherobustnessanddynamieresPonseofoutPutvoltage，anewsliding一modevoltageconirolregulatoralgorithm basedontransferfunctionwasProPosed.TheabovetwomethodshasbeenstudiedbysimulationinMATLABsoftwareandeomParedwithPlcontrol.SimulationresultsinN LAB/simulinkshowtheadvantagesoftwoProposedmethods.AtthelastofthisPaper，aresolvingstrategybasedonTMS320F281215ProPosed，ineludingthePowersystemdesignandthecontrolsystemdesign.KEYWORDSPwmreetifier，fuzZy一Pid，silding一modeeontrol目录摘要........……，…，，....................................……!ABS丁RACT (11)第一章绪论................，. (1)1.1课题的背景和研究意义 (1)1.2国内外发展水平和动向................， (2)1.2.1交流侧电流控制策略 (2)1.2.2无传感器控制................................， (4)1.2.3主电路的拓扑结构 (4)1.2.4智能控制在PWM整流器中的应用 (5)1.3本课题研究的主要内容 (5)第二章PWM整流器的运行基本原理..........................， (7)2.1PWM整流器的数学模型 (7)2.2PWM整流器运行的基本原理.............................，.. (9)2.2.1PWM整流器四象限运行的原理 (9)2.2.2直接电流控制基本原理......................……，................................. n2.2.3SVPWM技术在PWM整流器的应用 (16)2.3不同LC参数对系统性能的影响 (20)2.3.1仿真模型的建立 (20)2.3.2交流电感对系统性能的影响 (24)2.3.3直流电容对系统性能影响 (26)2.3.4负载变化对系统性能的影响 (27)2.4本章小结 (28)第三章改善PWM整流器的性能研究 (29)3.1改善PWM整流器性能的两种途径 (29)3.2电流内环的模糊PI控制 (29)3.2.1选择模糊PI控制算法的原因 (29)3.2.2模糊控制的基本原理 (29)3.2.3电流内环模糊自适应PI控制器的设计..............................................……303.2.4PWM整流器的电流内环模糊PI仿真...............................................……333.3PWM整流器的滑模变结构控制.....................................................................363，3.1选择滑模控制的原因及其在PWM整流器上的应用现状 (36)3.3.2滑模变结构控制基本原理...................................................................……373.3.3滑模控制的抖振问题..........................................................................……403.3.4PWM整流器电压环的滑模控制器设计.............................................……413.3.5减弱PWM整流器滑模控制抖振措施 (44)3.4本章小结......................................................................................................， (45)第四章PWM整流器的系统设计.......................，.. (47)4.1主电路参数设计 (47)4.1.1开关管参数选择.........................................................................， (47)4.1.2开关管缓冲电路设计....................................................................， (48)4.1.3交流侧电感直流侧电容设计...............................................................……494.2控制电路设计.............，..............................................................，.. (49)4.2.1DSP上电模块.......................................................................................……494.2.2交流电压直流电压检测模块...............................................................……504.2.3交流电流检测模块......................................................................……，.……534.2.4驱动电路..............................................................................................……544.2.5同步信号检测电路...........................................................，. (57)4.2.6散热系统..............................................................................................……574.3软件设计概述 (57)4.3.1主程序模块...........................................................................................……574.3.2外部中断程序......................................................................................……584.3.3Tl中断程序模块..................................................................................……594.4本章小结 (59)结论与展望 (60)参考文献.........，...，.. (62)附录 1.......................................................，.. (66)致谢................................，....................， (69)攻读硕士学位期间发表的论文..................................……70中南大学硕士学位论文第一章绪论第一章绪论课题的背景和研究意义能源是国民经济飞速发展的重要因素，如何合理开发和高效利用能源是大力提倡低碳经济的今天迫切需要解决的问题。

基于直接功率控制的PWM整流器

二、直接功率控制的ＰｗＭ整流器算法对于直接功率控制的ＰＷＭ整流器的算法，谐波抑制与无功
电流分量，且功率器件的通断信号要用正弦脉宽调制或者空间矢量调制才能生成，所以整个直接功率控制的ＰＷＭ整流器算法的运算量很大、而且实时性的要求很高，并且控制系统的参数的整定都会变得很困难。整个过程的最好的解决办法就是有效
作为ＰＷＭ整流器，它的优点比较多，比如说具有恒定直流电压控制、电网侧电流谐波低、单位功率因数、能量双向流动等等。如果我们能够做到广泛的应用这个技术，那么就会使得整流、有源滤波、无功补偿和交流传动等系统中得到充分的应用。就目前的情况来说ＰＷＭ整流器的控制策略在国内应用的较为广泛的是间接电流控制和直接电流控制。还有一种直接功率控制，这种功率在我国并没有得到足够的应用。直接功率控制的ＰｗＭ整流器的简介现如今ＰＷＭ整流器凭借其优良的性能和潜在的优势正在被广泛地应用，如今已经成为了电力电子技术研究的热点Ｐ＇ｌＩ】『Ｍ整流器有着多种优点，它们具有输出电压恒定、实现单位功率因数运行的特点，能够实现真正的绿色变换。提高电能的传输和利用效率，从而解决电网 “ 污染”的问题。当ＰＷＭ整流器进入到了稳态的工作状态之后，这时候输出的直流电压就会呈现恒定的状态，使得整流桥的三相桥臂能够按照正弦的脉宽从而调制规律驱动。当出现开关频率很高的情况下，由于这时的电感器的滤波会产生的作用，所以整个高次谐波电压所产生出的谐波电流就会非常的小。这时的我们如果排除其他的原因，只是考虑电流和电压发生的基波，这时就容易的很多，可

三相电压型PWM整流器控制技术综述

三相电压型PWM整流器控制技术综述一、本文概述随着电力电子技术的不断发展，三相电压型PWM整流器作为一种高效、节能的电能转换装置，在电力系统中得到了广泛应用。

该类整流器采用脉宽调制（PWM）技术，通过控制开关管的通断，实现对输入电流波形的精确控制，从而满足电网对谐波抑制、功率因数校正等要求。

本文旨在对三相电压型PWM整流器控制技术进行综述，分析其基本原理、研究现状和发展趋势，为相关领域的研究和实践提供参考。

本文首先介绍了三相电压型PWM整流器的基本结构和工作原理，包括其主电路拓扑、PWM控制技术以及电流控制策略等。

在此基础上，综述了当前国内外在三相电压型PWM整流器控制技术研究方面的主要成果和进展，包括调制策略优化、电流控制算法改进、系统稳定性分析等方面。

本文还对三相电压型PWM整流器在实际应用中所面临的问题和挑战进行了分析和讨论，如电网电压波动、负载变化等因素对整流器性能的影响。

本文展望了三相电压型PWM整流器控制技术的发展趋势，提出了未来研究的方向和重点，包括高效率、高可靠性、智能化控制等方面。

通过对三相电压型PWM整流器控制技术的综述和分析，本文旨在为相关领域的研究和实践提供有益的参考和借鉴。

二、三相电压型整流器的基本原理三相电压型PWM整流器是一种高效、可控的电力电子设备，它采用脉宽调制（PWM）技术，实现对交流电源的高效整流，将交流电转换为直流电。

整流器主要由三相桥式电路、PWM控制器、滤波电路等部分组成。

三相桥式电路是整流器的核心部分，由六个开关管（通常是IGBT 或MOSFET）组成，每两个开关管连接在一起形成一个桥臂，共三个桥臂。

通过控制开关管的通断，可以实现将三相交流电源整流为直流电源。

PWM控制器是整流器的控制核心，它根据输入电压、电流等信号，生成相应的PWM控制信号，控制开关管的通断时间和顺序，从而实现对输出电压、电流等参数的精确控制。

PWM控制器通常采用数字信号处理器（DSP）或微控制器（MCU）等实现，具有高精度、快速响应等特点。

双开关表直接功率控制的三相电压型PWM整流研究

双开关表直接功率控制的三相电压型PWM整流研究【摘要】本文介绍了三相电压型PWM整流器的数学模型，针对基于滞环比较器的传统直接功率控制的诸多缺点，提出双开关表直接功率控制的三相电压型PWM整流器。

结果表明，该控制策略可行，并且改善了三相电压型PWM整流器的性能。

【关键词】三相电压型PWM整流器；直接功率控制；双开关表0 引言自20世纪90年代以来，三相电压型PWM整流器因其诸多优点获得了快速的发展，比如：网侧电流谐波低、功率因数高。

针对传统开关表的直接功率控制（DPC）策略出现的问题，本文采用PI控制器取代两个滞环控制器的策略，并用双开关表代替传统的开关表，三相电压型PWM整流器直接功率控制系统采用双开关表控制策略与单开关表控制策略相比，是将一个具有同时调节有功功率和无功功率的开关表变成两个分别控制有功功率和无功功率的开关表，来实现功率的合理调节。

仿真结果表明，该控制策略可行，并且改善了三相电压型PWM整流器的性能。

1 三相电压型PWM整流器直接功率控制1.1 三相电压型PWM整流器的数学模型三相电压型PWM整流器的主电路图如图1所示。

图1 三相电压型PWM整流器的主电路图其中，ua，ub，uc为三相对称电源相电压；ia，ib，ic为三相线电流；Udc 为直流侧电压；iL为负载电流；当Sk=1时，表示上桥臂的晶闸管导通，下桥臂关断；Sk=0时正好相反，其中k=a，b，c。

由图可得出电压方程为：■（1）其中Sd和Sq是Sa，Sb，Sc在d，q轴的投影值。

1.2 基于滞环比较器的传统直接功率控制DPC系统结构包括主电路和控制电路，系统结构如图2所示。

图2 DPC的系统结构图图中DPC主电路包括：三相平衡的交流电源，交流侧用来滤波的电抗器，三相电压型PWM整流器，负载和直流侧的电容。

控制电路包括：电流传感器、电压传感器，PI调节器，功率计算电路，功率滞环比较器，扇区划分器，开关状态表等等。

直接功率控制基本的控制思路是：首先对三相电压PWM整流器所输出的瞬时有功、无功功率进行检测运算，也就是根据交流电压和电流检测电路所检测到的ua，ub，uc及ia，ib，ic计算出在αβ坐标系中的uα，uβ，iα，iβ，根据瞬时功率理论计算后得出在αβ坐标系中的瞬时有功功率p和无功功率q；再将系统检测到的值与给定的瞬时功率的偏差即p-pref和q-qref信号送入两个相应的滞环比较器中，扇区划分器根据uα，uβ得出扇区θn的信号，其中，令qref=0（以实现单位功率因数），pref=PI调节器输出×直流电压；最后根据滞环比较器的输出以及电网电压矢量位置的判断运算，确定驱动功率开关管的开关状态Sa，Sb，Sc。

三相电压型PWM整流器直接功率控制策略研究

ｔｅｐｏｌｍｒｅｔｎａｅｕｓｐｗｅｌｃｕａｉｎｎｏｒｃｒｅｔｖｆｒｃｕｅｙｔａｉｉｎｌｓｔｈｎｅｔｒｂｃｕｅｏｏｈｒｂｅｏｆｌｇｒｉａｔｎｏｏｒｆｔｔｏｓａｄｐｏｕｒｎａｎｓｕｗａｅｍａｓｄｂｒｄｔｏａｗｉｃｉｇｖｃｏｅａｓｆｔｏｏｍｕｈｚｒｅｔｒ．ｅｓｍｕａｉｎｒｓｔｎｃｔｈｔｔａｎｓｆｔａｉｏｌｓｔｈｎｇｔｂｅｆｒｃｎｔｏｓａｔｎｏｓｐｗｅｓｃｅｏｖｃｏｓＴｈｉｌｔｏｅｕｌｓｉｄｉａｅｔａｈｅｗｅｋｅｓｏｄｔｎａｗｉｃｉａｌｏｏｒｌｉｔｎａｅｕｏｒｉｒｉｏｆｎｏｒｏｙｔｅｏｔｍａｗｉｃｉｇｖｃｏａｌ．ｔｅｔｔｃａｄｄｎａｉｏｔｏｆｅｔａｅｏｔｉｄｖｅｃｍｅｂｈｐｉｌｓｔｈｎｅｔｒｔｂｅＢｅｔｒｓａｉｎｙｍｃｃｎｒｌｅｆｃｎｂｂａｎｅ．ｃＫｅｒｓｐｌｅｗｉｔｄｌｔｎｒｃｉｉｒｄｒｃｏｒｃｎｏ；ｙｓｅｅｉｏｐｒｔ；ｓｔｈｎｅｔｒｔｂｅｙｗｏｄ：ｕｓｄｈｍｏｕａｉｅｔｅ；ｉｅｔｗｅｏｔｌｈｔｒｓｓｃｍａａｏｒｗｉｃｉｇｖｃｏｌｏｆｐｒａ
ＪＮＧ — ｕ，Ｕｎ－ｈｎｇＨＯＵ，１ＬｉｘｅＳＨｏｇｓｅ，ＬｉＤＵｎｍａ，Ｒｏｇ— ｏＹＵＡＮａＣｈｏ

单相电压型PWM整流器预测直接功率控制

２．ＳｈａｎｇｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｎｇａｈａｉ２０００７２，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅｄｉｒｅｃｔｐｏｗｅｒｃｏｎｔｒｏｌｉｓａｐｐｌｉｅｄｉｎｔｏｓｉｎｇｌｅ — ｐｈａｓｅｖｏｌｔａｇｅｓｏｕｒｃｅｐｕｌｓｅｗｉｄｔｈｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ（ＰＷＭ）ｒｅ —
ａｔｉｏｎａｒｙｆｒａｍｅａｎｄｔｗｏ－－ｐｈａｓｅｒｏｔａｔｉｎｇｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｆｒａｍｅａｒｅｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｆｏｒｓｉｎｇｌｅ－－ｐｈａｓｅｖｏｌｔａｇｅｓｏｕｒｃｅＰＷＭｒｅｃｔｉｉｆｅｒ．ｈｅＴｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓｐｏｗｅｒｍｏｄｅｌｏｆｒｏｔａｔｉｎｇｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｆｒａｍｅｉｓｄｅｒｉｖａｔｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄ．Ｕｓｉｎｇｔｈｅｉｎｓｔａｎ．ｔａｎｅｏｕｓｐｏｗｅｒｍｏｄｅｌｔｏｐｒｅｄｉｃｔｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｖｏｌｔａｇｅｏｆｈｅｔｒｅｃｔｉｉｆｅｒ，ａｎｄｈｕｔｓｇｅｎｅｒａｔｅａｔｉｇｒｇｅｒｐｕｌｓｅｔｏｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｒｅｃｔｉｉｆｅｒ．ｈｅＴｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｈａｓｓｏｍｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｓｕｃｈａｓｅａｓｙｄｅｓｉｇｎｉｎｇ，ｉｆｘｅｄｓｗｉｔｃｈｉｎｇｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ｗｉｔｈｆａｓｔｓｔｅｐ

三相电压型PWM整流器直接功率控制仿真研究

ｆＰ。“。
【ｑ＝“ ｉ口一 “口ｉ
（５）
由基尔霍夫电压定律可得三相电压型ＰＷＭ整
其中Ｐ为电源瞬时有功功率，ｑ为瞬时无功功
流器的数学模型为：
率。Ｐ＝￣／３／２Ｕｉ，ｑ＝一Ｕ３／２Ｕｉ８，Ｕ为电源相
删。
ｄｉｂ￡
摘要：分析了三相ＰＷＭ整流器的工作原理，介绍了基于定频电压空间矢量调制的直接功率控制方法，建立
Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ环境下的仿真模型，对系统进行了仿真分析。仿真结果表明该方法实现了输入电流正弦化，
单位功率因数整流，具有良好的动态和稳态性能。
（ＳＶＭ）ｉｓａｐｐｌｉｅｄｔｏｔｈｅｓｃｈｅｍｅ．ＴｈｅｎｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｆｏｒａｎａｌｙｓｉｓｂｙＭａｔｌａｂ／Ｓｉｍ—
ｕｌｉｎｋ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｉｎｐｕｔｓｉｎｃｕｒｒｅｎｔａｎｄｕｎｉｔｙｐｏｗｅｒｆａｃｔｏｒａｒｅａｃｈｉｅｖｅｄａｎｄｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｍｅｔｈｏｄｈａｓｅｘｃｅｌｌｅｎｔｄｙｎａｍｉｃａｎｄｓｔｅａｄｙｓｔａｔｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＫｅｙｗｏｒｄｓ：ｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓｐｏｗｅｒ；ｄｉｒｅｃｔｐｏｗｅｒｃｏｎｔｒｏｌ；ｓｐａｃｅｖｅｃｔｏｒｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ
本文以三相电压型ＰＷＭ整流器为研究对象，分析ＰＷＭ整流器的工作原理，采用基于电压空间矢量调制的直接功率控制（ＤＰＣ）方法，建立了仿真模型，仿真结果表明该方法可实现输入电流正弦化，单位功率因数整流，具有良好的动态和稳态性能。

三相高功率因数电压型pwm整流器控制策略

三相高功率因数电压型pwm整流器控制策略三相高功率因数电压型PWM整流器控制策略是一种用于能源转换和传递的电路控制方法。

它可以有效地将变换器的效率和能量转移效率提升到新的高度。

接下来，将分步骤阐述三相高功率因数电压型PWM整流器控制策略的工作原理和控制方法。

1. 工作原理三相高功率因数电压型PWM整流器是一种基于电力电子技术的高效节能电路，它的工作原理是将三相交流电压转换为直流电压，并对输出直流电压进行控制。

控制方法是通过定时器电路，将一系列脉冲信号传送到功率开关，从而控制输出电压的大小和形状。

2. 开关控制在三相高功率因数电压型PWM整流器中，电源电压需要经过变压器降压后再输入到电路中。

整流器中使用的开关器件为MOSFET管，它具有低导通电阻和高开关速度等特点。

控制方法是利用开关器件上的脉冲信号来实现控制。

开关控制是通过PWM控制的输出波形来控制MOSFET管的导通时间和导通电流。

3. 稳压控制在三相高功率因数电压型PWM整流器中，稳压控制是不可或缺的环节。

在正常情况下，整流器会根据电路反馈的电压信号，对电路中的功率开关进行控制，从而实现输出电压的稳定。

稳压控制还需要根据负载的需求来调节输出电压。

4. 周期控制在整流器控制过程中，周期控制是控制输出波形频率的重要因素。

控制周期是为了保证整流器的输出波形与网络电源输入电压同步。

控制周期还需考虑到各种电路的特性参数，来避免不必要的失控。

5. 矢量控制通过矢量控制，可实现三相高功率因数电压型PWM整流器电路的反馈控制。

矢量控制是以电路的磁场向量为基础，旋转磁场向量，从而控制整流器的输出电压和电流。

三相高功率因数电压型PWM整流器控制策略的优点是稳定性好，工作效率高。

在实际应用中，可降低功率失真率和电能损耗。

在电力电子领域，它已成为传递和控制能量的重要工具之一。

基于DSP的三相电压型PWM整流器控制系统设计

基于DSP的三相电压型PWM整流器控制系统设计随着电力电子技术的快速发展，三相电压型PWM整流器在工业生产中得到了广泛应用。

本文将基于数字信号处理（DSP）技术，设计一个三相电压型PWM整流器控制系统。

首先，我们需要了解三相电压型PWM整流器的基本原理。

该型整流器的输入为三相交流电源，输出为直流电压。

其控制系统的目的是通过改变整流器的开关状态，调节输出的直流电压和电流。

在设计整流器控制系统之前，首先要确定系统的需求和性能指标。

常见的性能指标包括输出电压稳定性、输出电流波形质量和响应速度等。

接下来，我们可以开始设计整流器控制系统。

整体上，该系统可以分为三个部分：传感器模块、控制模块和功率器件模块。

传感器模块用于采集整流器的输入和输出信号，并将其转化为数字信号。

传感器模块中常用的传感器有电流传感器和电压传感器。

电流传感器可以测量整流器的输出电流，并将其转化为电压信号。

电压传感器可以测量整流器的输入和输出电压，并将其转化为电压信号。

这些信号将通过模数转换器（ADC）转化为数字信号，供DSP进行后续处理。

控制模块是整个系统的核心，主要负责计算控制算法，并生成PWM信号。

在控制模块中，我们将运用DSP的高性能计算能力，实现整流器的高精度控制。

常用的控制算法有比例积分（PI）控制算法和模型预测控制（MPC）算法。

比例积分控制算法可以根据误差信号调节PWM占空比，实现系统的闭环控制。

模型预测控制算法则采用预测模型，通过优化计算，实现系统的最优控制。

功率器件模块负责驱动整流器的功率器件，控制整流器的开关状态。

常用的功率器件有晶闸管（SCR）、双向可控硅（TRIAC）和金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）等。

功率器件的驱动和保护电路需要根据实际情况进行设计。

设计完成后，需要进行系统的仿真和验证。

我们可以采用MATLAB/Simulink等软件进行仿真，验证系统的性能和稳定性。

根据仿真结果，可以进一步优化控制算法和参数，提高整流器的控制精度。

电压型PWM整流器的直接功率控制

为直流电压；图中ａ，点的电压；ＵｕＵ为，Ｃ三ｂ０和Ｎ点分别是下桥臂共源极点和电源的中性点。
ｔｌ
图２电压定向直接功率控制（ — Ｐ）ＶＯＤＣ系统框图
列
一
ｆ． ’ ６
（）１（）２
图３扇区选择电源电压矢量Ｕ所处扇区的信号０通过下式获得：
参考文献
其中ｉ＿ｉＳｉＢＢｓ
ｓ —— （ｓ｝Ｓ２Ｓ＝＝广）
Ｖ６
Ｖ２
（）９
［］１陈坚编著．电力电子变换和控制技术》《．北京：高等教育出版社，
２００２
ｓ＝＝（ｓＢ— ｓ－）
３系统的构成及其数学模型．三相ＰＷＭ整流器的直接功率控制（ｏＤＣ）ｖ — Ｐ系统框图如图２。采用商流电压外环，功率内环结构。电压外环起到快速跟踪跟定电压的作用。瞬时功率根据检测得到的电压ＵＩｕ和电流ｉｉｉ进行计算， — １得到
效，态响应快。动
［关键词］整流器直接功率控制
１引言．
下的Ｉ１送入扇形选择器，出为电源电压矢量Ｉ所处扇区的信号０。１１￣输１
在整流装置的控制上，传统的二极管式相控整流器带来诸多问题，如能量不能双向流动、网侧功率因数低、谐波污染严重等。这在高压大容量场合尤为突出。而ＰＷＭ整流器具有能量双向流动、恒定直流电压控制、低谐波输入电流、位功率因数的优点，单广泛应用于单位功率因数整流、有源滤波及无功补偿、交流传动等变流控制中。ＷＭ整流器控Ｐ制策略有多种，主要有直接和间接两种电流控制策略。间接电流控｛ “ ５｜策略的显著优点是结构简单、无需电流传感器、易于实现、静态特性良好；其缺点是稳定性差、动态响应慢、在直流电流偏移及电流冲击等。存２系统的构成及其数学模型．２１系统结构．三相电压型ＰＷＭ整流器主电路如图ｌｕＵＵ为三相对称电源电，。压；ｉｉ为三相电流；ＳＳ为整流器开关管的开关信号，，ａｂｃ１ｉＳｓ＝、、＝Ｇ）时上桥臂导通，下桥臂关断，，＿、、）０时下桥臂导通，Ｓ＿ａｂｃ（＝上桥臂关断；

基于瞬时功率理论的电压型PWM整流器研究

片适合ＰＷＭ整流器控制的特点，对直接功率控制系统进行了软硬件设计，小功率实验系统上进行了调试。在
实验结果表明，直接功率控制具有功率因数高、效率高、算法及系统结构简单、动态响应快的优点。
关键词：流器；直接功率控制：数字信号处理器整
第４４卷第１０期
２０年１０１０月
电力电子技术
ＰｏｒＥｌｃｒｎｉｓｗｅｅｔｏｃ
Ｖｏ．４．Ｎｏ１１４．０
Ｏｃｏｅ００ｔｂｒ２１
基于瞬时功率理论的电压型ＰＷＭ整流器研究
苏晓东，焦姣
（．１中国科学院电工研究所，北京１０９；２西门子工厂自动化工程有限公司，北京１０１）０１０．００５
中图分类号：Ｍ４１Ｔ６文献标识码：Ａ文章编号：００ＩＯ２１）００５ — ３１０一ＯＸ（００１ — ０４０
ＲｅｅｒｈｎＩｔｎｔｎｅｕｗｅｓａｃｏｎｓａａｏｓＰｏｒＴｈｅｒｆＶｏｔｇｏｃｏｙｏｌｅＳｕｒｅＰＷＭｃｉｅａＲｅｔｆｒｉ
摘要：对传统功率定义的局限性，析了三相电路瞬时功率理论，计了直接功率控制系统。控制内环、直流电压外环的系统结构。ＭｔｂＳｍｌｋ环境下搭建了仿真模型并进行分析。于ＤＰ芯在ａａ／ｉｕｉｌｎ基Ｓ

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中图分类号
文献标识码
电压型 PWM 整流器直接功率控制系统
王久和 1
1 北京信息工程学院
李华德 2
2
王立明 1
北京科技大学北京市海淀区 100083
北京市朝阳区 100101
Direct Power Control System of Three Phase Boost Type PWM Rectifiers
(3)
根据 Sd max = 2 / 3
2/3
Sd min = − 2 / 3 由式(3)可得
Sq max =
Sq min = − 2 / 3
万方数据
56
中
国
电
机
工
程
学
报
第 26 卷
dp L dt L dp dt dq L dt L dq dt
r idc Sa _ ua ~ + u _ b ~ + _ uc + ~ L L L R R R ia ib ic Sa Sb A Ura B Urb Urc Sc _ Sb Sc RES C Udc RL + iL
r 为桥
RES 为电容等效串联
N
测电路功率估算器扇形划分器功率滞环比较器开关表及 PI 调节器组成瞬时有功与无功功率根据检测到的电流 ia ib ic 及 ua ub uc 进行计算得到瞬时有功和无功功率的估算值 p q 及三相电压 ua ub uc 在 αβ 固定坐标系中的 uα uβ 扇形划分器根据 uα uβ 划分扇区得到扇区 θn 信号 p 和 q 与给定的 pref 和 qref 比较后的差值信号送入功率滞环比较器得到 Sp Sq 开关信号 pref 由直流电压外环 PI 调节器的输出(代表电流)与直流电压的乘积设定 qref 设定为 0 以实现单位功率因数根据 Sp Sq θn 在开关表中选择所需的 Sa Sb Sc 去驱动主电路开关管图中略去了电阻 RLeabharlann 电压电流功率测量功率计算 uαβ
扇形选择
_
θn
p
Sq
+
PI pref
_
_
q + qref=0
+
(1)
Fig. 2
图 2 PWM 整流器 DPC 系统结构 Block diagram of PWM rectifier DPC system
2 电压型 PWM 整流器 DPC 系统主电路参数设计
2.1 交流侧电感的选择在主电路拓扑结构交流电源电压及负载的一定的情况下主电路设计主要是确定交流侧滤波电感值直流侧电压和直流侧电容值交流电感的主要作用是滤除交流侧 PWM 谐波电流当在整流器稳定于单位功率因数运行时瞬时有功功率决定了交流电流对此需找出功率与电感的关系根据式(2) 略去电阻 R 考虑到整流器稳态运行于单位功率因数时 q =0 式(2)可变为
WANG Jiu-he1 LI Hua-de2 WANG Li-ming1
China China) (1. Beijing Information Technology Institute Chaoyang Districts Beijing 100101 2. University of Science and Technology Beijing Haidian Districts Beijing 100083 ABSTRACT: This paper establishs the power control mathematical model of rectifier based on the mathematical model of three phase boost type PWM rectifier in synchronous dq coordinates. According to the power control mathematical model, the paper proposes a new design method of filter inductance in AC side , voltage and capacitance in DC side of main circuit for three phase boost type PWM rectifier by combining with the features of direct power control(DPC) system. Based on the models of rectifier, the control structure of rectifier DPC system and the design method of controller is obtained. Meanwhile, the paper discusses the influence of bridge loss and equivalent series resistance(ESR) of capacitor on rectifier. The design method is proved feasible by simulation and experiment and is available for reference in engineering. KEY WORDS: power electronics; PWM rectifier; direct power control; filter inductance; proportional integral regulator 摘要根据三相电压型 PWM 整流器在 dq 两相同步旋转坐标系中的数学模型建立整流器功率控制数学模型根据功率控制数学模型结合整流器直接功率控制(DPC)系统的特点提出新的电压型 PWM 整流器直接功率控制系统的主电路交流侧滤波电感值直流侧电压和直流侧电容值设计方法根据整流器的数学模型得到整流器 DPC 控制系统结构和控制器设计方法同时讨论了桥路损失和直流侧电容器的等效串联电阻(ESR)对整流器的影响验表明提出设计方法是可行的计算机仿真和实具有应用参考价值直接功率控制
第 26 卷第 18 期 2006 年 9 月文章编号 0258-8013 (2006) 18-0054-07
中
国电机工程学 Proceedings of the CSEE TM71
报 A
Vol.26 No.18 Sep. 2006 ©2006 Chin.Soc.for Elec.Eng. 学科分类号 470⋅40
(2)
1.2 电压型 PWM 整流器 DPC 系统结构及原理电压型 PWM 整流器 DPC 系统有多种方案[12] 经综合比较采用如图 2 所示有电压互感器方案整流器 DPC 系统主要由主电路和控制电路组成主电路由交流电源滤波电抗器整流器直流电解电容器负载组成控制电路为直流电压外环功率内环结构由交流电压电流检测电路和直流电压检
略去 R 的影响 3 2 = Um + ω Lq − (uα Sα + uβ S β )U dc Lp 2 Lq = −ω Lp − (uα S β − uβ Sα )U dc 在稳态时 =q =0 p
U dc = U dcr
dp 2 = 1.5U m − L dt dq = ω Lp + L dt 3 U mU dc Sd 2 3 U mU dc Sq 2
式中 Sd Sq 分别为开关函数在 d q 轴上的分量根据式(1)及三相对称系统功率计算 p = 3/ 2U m id q = − 3/ 2U m iq (Um 为电源相电压幅值)可得以 p q 为变量的功率控制数学模型 dp 2 = 1.5U m − Rp − ω Lq − prd L dt L dq = − Rq + ω Lp + q rq dt 式中 prd = 3/ 2U m urd , qrq = 3 / 2U m urq
− − −
图 1 电压型 PWM 整流器主电路拓扑结构 Fig. 1 Topological structure of main circuit of a three-phase boost-type PWM rectifier
ua ∼ ub ∼ uc ∼
+ + +
L L L ia ib ic
ia ib ic
关键词电力电子脉冲宽度调制整流器滤波电感 PI 调节器
1
电压型 PWM 整流器 DPC 系统结构及原理
电压型 PWM 整流器主电路拓扑结构如图 1 所
1.1 电压型 PWM 整流器拓扑结构及数学模型示图中 ua ib ub uc 为三相对称电源相电压 ia
0
引言
随着电力电子技术和数字信号处理器的发展
max
2 = 1.5U m + U mU dc
2.2 直流侧直流电压的选择 (4) 直流侧直流电压与交流电压电感及负载有关下面从功率角度来进行分析整流器在 αβ 两相静止坐标系中功率计算式为 (5) p = uα iα + u β iβ q = uα iβ − uβ iα 由式(12)可得 (12)
促进了 PWM 整流器的研究 PWM 整流器具有网侧电流低谐波单位功率因数能量双向流动及恒定直流电压控制等优点实现了电能的绿色变换为实现整流器的上述优点提出了各种电流控制策略[1-4]和非线性控制策略[5] 为进一步提高整流器的性能简化整流器控制系统增强系统反应速度国内外学者开始了 PWM 整流器直接功率控制(DPC) 策略的研究[6-12] 由于整流器 DPC 系统具有结构算法简单动态响应快单位功率因数等优点具有良好的开发和应用前景 PWM 整流器 DPC 系统的性能取决于系统结构主电路参数控制器参数及控制策略控制器参数又依赖于主电路参数对于 PWM 整流器主电路的设计方法在国内外文献 [13-16]中主要是针对电流控制策略 SPWM 调制方式的在文献[13-16]中介绍的整流器控制系统控制器设计方法是基于电流解耦的电流控制策略设计方法不适于整流器 DPC 系统设计综上 PWM 整流器 DPC 系统的主电路和控制器参数的设计方法至今未见相关报道对此本文根据电压型 PWM 整流器的数学模型结合 DPC 系统的特点提出了整流器 DPC 系统主电路和控制器参数新的设计方法计算机仿真和实验证明该设计方法的可行性