三相电压型PWM整流器控制技术的发展

三相电压型PWM整流器控制技术的发展

文章介绍了PWM整流器的主要控制技术，并对其各自的原理、特点进行了分析与总结。对其中的滞环电流控制、固定开关频率PWM控制、预测电流控制、单周期控制、空间矢量PWM控制、直接功率控制技术进行比较，得出各种控制技术的优缺点。并综合国内外发展现状预测了控制技术未来的发展方向。

标签：PWM整流器；SVPWM算法；直接功率控制

Abstract：This paper introduces the main control technology of PWM rectifier，and analyzes and summarizes their respective principles and characteristics. The hysteresis current control，fixed switching frequency PWM control，predictive current control，single cycle control，space vector PWM control，direct power control technology are compared，and the advantages and disadvantages of various control techniques are obtained. The future development direction of control technology is forecast by synthesizing the present situation of development at home and abroad.

Keywords：PWM rectifier；SVPWM algorithm；direct power control

1 概述

PWM整流器由于其能够控制网侧功率因数和稳定直流侧输出电压的优点而被广泛应用。为改善系统的工作性能，减少电网谐波污染，提高能源的利用效率，国内外对于其控制技术的研究早已悄然展开。因控制技术对整流器的重要作用，本文介绍了PWM整流器的几种主要控制技术的原理、特点。对比得出各种技术的优缺点，并结合国内外发展对以后的研究方向进行预测。

2 电压型PWM整流器控制技术

对于目前普遍应用的电压型PWM整流器，其性能的的实现要具有如下特点：一是能够保证交流侧电压电流同相位，使整流器单位功率因数运行。二是可以稳定直流侧母线电压的输出，维持中点点位平衡。国内外已有许多文献提出了整流器的各种调制方法，文章简要地介绍各种控制技术。

2.1 滞环电流控制

滞环电流控制的设计思路如图1所示，其主要思想将获取的指令电流值与采样得到的实际电流值，经比较后输出到滞环比较器产生PWM波形。优点是设计简单、容易实现、鲁棒性好，但同时存在开关频率不固定等缺点。

2.2 固定开关频率PWM控制

其设计理念是将采样到的电流值与指令电流值做比例和限幅调节后进行三角调制，输出宽度相同的脉冲波形，来控制开关的导通顺序。原理如图2，这种控制方法开关频率固定，缺点是由于PI调节环节的引入导致电流动态响应速度变慢，无法实现对指令电流的准确定位及跟踪。

2.3 预测电流控制

预测电流控制原理如图3。根据预测未来的电流值来确定目前的实际工作状态，进而控制输出脉冲的波形，属于先预判后动作。这种方法易于参数整定，但鲁棒性较差。

2.4 单周期控制

单周期控制的重点是实现对占空比的调制。再通过相关的信号采集与计算，最终生成占空比符合要求的PWM波形，其原理如图4。该控制技术开关频率固定，且易于数字控制、鲁棒性强。但缺点是动态响应较慢，灵敏度较差。

2.5 空间矢量PWM控制

空间矢量PWM控制的设计思路（如图5）是经一系列的坐标变换与逻辑运算，主要实现的是实际电压矢量对指令电压矢量的无误差跟踪。这种控制方法使得直流侧母线电压利用率提高，但同时由于PI控制技术的引入，使系统的动态性能变慢。

2.6 直接功率控制

实现了对瞬时功率调制的直接功率控制是调制技术的一大突出进步（如图6）。电压控制外环输出参考有功功率值。功率内环对检测到的电流、电压进行计算，得到以P、Q为变量的功率内环表达式。为保证整理器运行于单位功率，有功功率的给定值应为0。直接功率控制的优点是灵敏度高、鲁棒性较强，缺点在于对开关表的设计过于复杂。

3 控制技术发展方向

文章对整流器的控制技术进行了系统的分析与综述，相信随着科技的不断发展与进步，对控制技术的研究也将拓展到如下领域：

3.1 电网不平衡条件下控制技术的研究

由于在实际的应用中，三相电网电压的不平衡会引起网侧电流产生谐波，造成电网污染，因而对其的研究是必要的。

3.2 智能控制方法的研究

由于目前所研究的控制技術所要建立的系统完善的数学模型计算相对复杂，然而智能控制策略仅需建立电流波形为正弦的非机理模型，就可实现整流器单位功率运行。对智能技术的开发是切实可行的。

3.3 逆变控制策略和并网技术的研究

随着新能源技术的开发与应用，逆变控制策略和并网技术将在不久的将来步入优秀控制技术的舞台。

4 结束语

控制技术的发展是PWM整流器发展的关键，本文综述了PWM整流器的主要控制技术，对其原理、特点及实现进行了比对，并结合国内外的发展现状预测了以后控制技术的发展方向。相信随着科技的进一步开发与应用，PWM整流器将得到更广泛的应用。

参考文献：

[1]郑宏伟.三相PWM整流器及其控制策略研究[D].南华大学，2014.

[2]程启明，程尹曼，薛阳，等.三相电压源型PWM整流器控制方法的发展综述[J].电力系统保护与控制，2012，40（03）：145-155.

[3]屈莉莉，张波.三相电压型PWM整流器控制技术的发展[J].电力电子，2007（04）：19-24.