电压型PWM整流器的双闭环矢量控制策略研究
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一
＼ ＼
步的提 高 。于是 可得 完 全解 耦 的三相 电 压 Ｕ ０） １ ＷＭ整 流器 控制 方程 如下 ： 关 函数 ，＝ 代表 上管 通 ， Ｓ１ 下管 关 ；＝ 代 表下 型 Ｐ ＳＯ 管通， 上管 关 。 于 相对 称平 衡且 无 中线系 对 图 ３ 电压 空 问矢量 分布
号 的圆形轨 迹 。
Ｕ ０
则 对整 流器 模 型进 行 ｃ ｒ ｌ ｋ变 换 以 及 ａ 如 照 图 ３所 示 的 电压 空 问 矢量 定 义 可 ｐｒ ａｋ变换 得 Ｐ ＷＭ整 流 器 在 ｄ ｑ坐 标 系下 方 知 ， 间八个 基本 电压 矢量 ｕ组 成六 边形 ， － 空 分
程 ：
＝Ｓ Ｓ ＾
由于 ｄ 轴 之 间的 电流存 在耦 合 ， ｑ 引入 电
＋Ｕ￣ ｖ ｏ
流状 态 反 馈
ｗ ｉ ， 以 实 现对 ｄ Ｌ ）可 ｑ轴 电
【ｏ ００
Ｃ
ｉ －ｉ ： Ｌ
流 的解 耦 ， 且 引入 电 网扰 动 电压 ｆ ｂ ｑ 并 ｌ Ｕ ） ｄ 作 为前 馈补 偿 ［— １ 系 统 的 动态 性 能有 进 ５ ６， 使
控制 。仿真 结果 证 明 了该 方 法的可行 性 ，控 制 系统 具有 良好 的动 、 态响应 能 力 ， 流母线 电压 稳 定 ， 静 直 实现 了单 位功 率 因数 的 能量 双
向传 输 。
关键 词 ： ＷＭ 整 流 器 ； 闭环 ； Ｐ 双 空间 矢量 ； 解耦控 制 中图 分类 号 ： Ｍ ６ Ｔ ４１ 文 献标 识码 ： Ａ
１概 述 采用 空间 坐标 变换 概 念 ，以输 入 电压矢 量 的 单位 功 率 因数 的 电压 型 Ｐ ＷＭ整 流 器 由 位置 为 ｄ 正方 向 ， 轴 即取 三相输 入 电压为 ： 于具 有 网侧 电流 谐波 含量 小 、 功率 因数 高 、 电 ｌ口 ｍ Ｏ ｗ “ ＝Ｕ Ｓ ｔ Ｃ
，
＝
简单 的 加 减及 逻辑 运 算 即 可确 定所 在 扇 区 ，
避 免 了复杂 的非 线性 函数 。
Ｕ （１） ０ ０ （ｌ １Ｏ
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生 ＋ 尉 ＋ Ｌ “ ｄ ｔ 、
“ ｒ Ｕ Ｌｄ ｉ
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六个 扇区 ， 中有 两 个位 于原 点 的零 矢量 ， 其 即
ｅ ＋ 一
口
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口ｒ
ｕ （ ｏ、７１１。其 它 的六 个矢 量 称 为基 本 ｏｏ ）Ｕ （１） ｏ 矢 量 ， Ｕ１ ０ ） ２０ ０ 、 ３Ｏ １、 ４ １ ０ 、 即 （ １、 （１）Ｕ （１）Ｕ （０ ） ０ Ｕ ｕ ０ｍ） ６１０， 有 效 矢 量 长 度 均 为 ２ ｄ ５ 、 （ ）且 Ｕ １ Ｕ／ ３ 。零矢 量位 于原 点 ， 邻非 零矢 的夹 角为 ６ 相 Ｏ 度 。从一个 电压空 间矢 量旋 转 到另 一个 矢 量 的过程 中 ，应 当遵 循 功率器 件 的开 关状 态 变
化 最小 的原则 。 为避免 传统 算法 中的反正 切 计算 ，采 用
“。 云枷 。
－ ＋ ｃ 鲁＋ ３
其 中
足＝ ｃｓｔＳｃｓ ｔ１０＋￣ｏｗ＋ ２） 三 ｏｗ＋ｏｏ［一２）Ｓｃｓｔ１ｏ ｙ （ ］
ｊ
ｄ ｉ “ ＝ 上 ａ ＋ Ｒｆ ４ －Ｓａ ｃ＋ Ｕ Ｎ ｎｄ Ｏ ¨ ＝ ６ ＋ Ｒｉ ６＋ Ｓｂ ＋ Ｕ Ⅳ “ 。 ｄｔ
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２Ｎ１ ０ Ｐ ２ Ｄ ｇ ｍ Ｍ
于 涛
（ 东省 输 变 电工程 公 司 ， 广 东 广 州 ５ ０ ６ ） 广 １ １０
摘 要 ： 了提 高功 率 因数 ， 制谐 波 污染 ， ＷＭ 整 流技 术在 交流调 速领 域 的应 用越 来越 广 泛。本 文分析 并 建立 了三相 电压 型 Ｐ 为 抑 Ｐ ＷＭ 整流 器 的数 学模 型 ， 究 了基 于 电压前 馈 、 研 电流 解耦 的双 闭环 控 制 策略 ， 结合 简化 的 空间 矢量调 制（Ｖ ｗＭ 算 法 ， 并 ｓＰ ） 实现对 整 流器 的
图２Ｐ ＷＭ整 流器解 耦控 制框 图
４Ｓ Ｐ Ｖ ＷＭ简 化调 制算法 ＳＰ Ｖ ＷＭ 的理论 基础是 平均 值 等效 原理 设合 成 电压 矢量 为
＝
能 可双 向传输 、 态 响应 快等 优点 ， 动 因而被 广 泛 应用 于交 流传 动 、 功 补偿 、 源 电力 滤波 无 有 等 领域 【 ４。 ｌ １ 一 本 文 依据 Ｐ ＷＭ 整 流 器 控制 关 系 ，建 立 了 二相 电压 型 Ｐ 三 ＷＭ 整 流器 的数 学 模 型 ， 并 利 用旋 转 坐标 变换 的方 法 ，给 出 了整流 器有 功 和 无功 分量 解耦 的 控制 方案 ，导 出 了基 于 矢 量 坐 标 变换 的直 接 电 流双 闭 环 控制 方 案 。 在 此 基 础 上 结合 空 间 电压 矢 量 调 制方 式 ， 提 出 了 便 于 数 字 实 现 的 控 制 算 法 。 并 利 用 Ｍ ＴＡ Ａ Ｌ Ｂ进行 了仿 真 研究 ，给 出 了仿 真结 果 仿 真结 果表 明 了双 闭环 矢量 控制 策 略 的有 效性 和具 有 网侧 电 流谐 波含 量较 小 、直流 电 压 纹波较 小 等优点 。 ２Ｐ ＷＭ整 流器数 学模 型 建立 如 图 １ 示 为 三相 Ｐ 所 ＷＭ 整 流 器 主 电路 拓 扑结 构 ，根据 基 尔霍 夫 电压 与电 流定 律可 得 相 静 止坐 标系 下的 整流器 模 型为 ：
，
｛６ Ｕ ｏ（ｔ １０ ） “ ＝ ｃｓｗ 一 ２ 。
Ｉ Ｕ ＣＳ ｔ １ 。 “ Ｏ Ｗ ＋２ ） （ ０
经 过 坐标 变 换得 到 在 ｄ ｑ坐标 系 下 的 电源 电
压为：
：
妻 ＋ （ ％
１
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空 间 电压 矢 量 Ｐ ＷＭ控 制 就 是通 过 分 配 电压空 间矢 量 的作用 时 间 ，最 终形 成 等幅 不 等宽 的 Ｐ ＷＭ脉 冲 波 ，实 现追 踪 合成 电压 信
＼ ＼
步的提 高 。于是 可得 完 全解 耦 的三相 电 压 Ｕ ０） １ ＷＭ整 流器 控制 方程 如下 ： 关 函数 ，＝ 代表 上管 通 ， Ｓ１ 下管 关 ；＝ 代 表下 型 Ｐ ＳＯ 管通， 上管 关 。 于 相对 称平 衡且 无 中线系 对 图 ３ 电压 空 问矢量 分布
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则 对整 流器 模 型进 行 ｃ ｒ ｌ ｋ变 换 以 及 ａ 如 照 图 ３所 示 的 电压 空 问 矢量 定 义 可 ｐｒ ａｋ变换 得 Ｐ ＷＭ整 流 器 在 ｄ ｑ坐 标 系下 方 知 ， 间八个 基本 电压 矢量 ｕ组 成六 边形 ， － 空 分
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流 的解 耦 ， 且 引入 电 网扰 动 电压 ｆ ｂ ｑ 并 ｌ Ｕ ） ｄ 作 为前 馈补 偿 ［— １ 系 统 的 动态 性 能有 进 ５ ６， 使
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关键 词 ： ＷＭ 整 流 器 ； 闭环 ； Ｐ 双 空间 矢量 ； 解耦控 制 中图 分类 号 ： Ｍ ６ Ｔ ４１ 文 献标 识码 ： Ａ
１概 述 采用 空间 坐标 变换 概 念 ，以输 入 电压矢 量 的 单位 功 率 因数 的 电压 型 Ｐ ＷＭ整 流 器 由 位置 为 ｄ 正方 向 ， 轴 即取 三相输 入 电压为 ： 于具 有 网侧 电流 谐波 含量 小 、 功率 因数 高 、 电 ｌ口 ｍ Ｏ ｗ “ ＝Ｕ Ｓ ｔ Ｃ
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“。 云枷 。
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图２Ｐ ＷＭ整 流器解 耦控 制框 图
４Ｓ Ｐ Ｖ ＷＭ简 化调 制算法 ＳＰ Ｖ ＷＭ 的理论 基础是 平均 值 等效 原理 设合 成 电压 矢量 为
＝
能 可双 向传输 、 态 响应 快等 优点 ， 动 因而被 广 泛 应用 于交 流传 动 、 功 补偿 、 源 电力 滤波 无 有 等 领域 【 ４。 ｌ １ 一 本 文 依据 Ｐ ＷＭ 整 流 器 控制 关 系 ，建 立 了 二相 电压 型 Ｐ 三 ＷＭ 整 流器 的数 学 模 型 ， 并 利 用旋 转 坐标 变换 的方 法 ，给 出 了整流 器有 功 和 无功 分量 解耦 的 控制 方案 ，导 出 了基 于 矢 量 坐 标 变换 的直 接 电 流双 闭 环 控制 方 案 。 在 此 基 础 上 结合 空 间 电压 矢 量 调 制方 式 ， 提 出 了 便 于 数 字 实 现 的 控 制 算 法 。 并 利 用 Ｍ ＴＡ Ａ Ｌ Ｂ进行 了仿 真 研究 ，给 出 了仿 真结 果 仿 真结 果表 明 了双 闭环 矢量 控制 策 略 的有 效性 和具 有 网侧 电 流谐 波含 量较 小 、直流 电 压 纹波较 小 等优点 。 ２Ｐ ＷＭ整 流器数 学模 型 建立 如 图 １ 示 为 三相 Ｐ 所 ＷＭ 整 流 器 主 电路 拓 扑结 构 ，根据 基 尔霍 夫 电压 与电 流定 律可 得 相 静 止坐 标系 下的 整流器 模 型为 ：
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空 间 电压 矢 量 Ｐ ＷＭ控 制 就 是通 过 分 配 电压空 间矢 量 的作用 时 间 ，最 终形 成 等幅 不 等宽 的 Ｐ ＷＭ脉 冲 波 ，实 现追 踪 合成 电压 信