电压型PWM整流器直接功率控制系统

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。

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。

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【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。