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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。
改进预测直接功率控制的UPFC控制策略申淑丽;周渊深【摘要】针对统一潮流控制器非线性强耦合特点以及传统控制算法复杂且开关频率过高而增加设备成本的问题,提出一种改进的预测直接功率控制策略.首先分析统一潮流控制器拓扑结构,建立其数学模型,在两相静止坐标系下基于虚拟磁链定向推导变流器的预测直接功率控制模型;其次建立潮流控制的目标函数,选择使目标函数最小的开关状态并将其输出.MATLAB仿真结果表明所提出的控制算法能快速响应有功功率与无功功率的给定值且能保证直流母线电压在无功功率大范围变化时保持稳定.%In allusion to non-linear and strong coupling characteristics of the unified power flow controller and problems of traditional control algorithms such as complexity and increase of equipment costs due to high switching frequencies,this pa-per presents a kind of improved predictive direct power control strategy.It firstly analyzes the topological structure of the u-nified power flow controller,constructs its mathematical model and deduces the predictive direct power control model of the converter based on the virtual flux orientation under the two-phase static coordinate system.Secondly,it establishes the ob-jective function of power flow control and selects switching state to be output that can minimize the function.MATLAB sim-ulating results indicate the proposed control algorithm can rapidly response to set values of active power and reactive power as well as keep DC bus voltage stable as reactive power changes within a large range.【期刊名称】《广东电力》【年(卷),期】2018(031)001【总页数】6页(P93-98)【关键词】统一潮流控制器;预测直接功率控制;虚拟磁链定向;有功功率;无功功率【作者】申淑丽;周渊深【作者单位】中国矿业大学信息与控制工程学院,江苏徐州221008;淮海工学院电子工程学院,江苏连云港222005【正文语种】中文【中图分类】TM76灵活交流输电系统(flexible AC transmission system，FACTS)作为近年来蓬勃发展的电力技术，在控制电网潮流、提高系统稳定性以及增大传输容量等方面为电力系统带来了新的技术选择，具有非常广阔的应用前景。
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。
论述整流、逆变、斩波、交交变换四种功率变换器的工作原理整流、逆变、斩波、交交功率变换器是能将电力从交流转换为直流、直流转换为直流、直流转换为交流、交流转换为交流（交流控制器），变频率交流转换为交流（周波变换器）的四种类型的电力电子变换器。
变换器被广泛用于加热和灯光控制，交流和直流电源，电化学过程，直流和交流电极驱动，静态无功补偿，有源谐波滤波等等。
一、整流功率变换器的工作原理整流器的主要应用是把交流电源转为直流电源。
常见的有二极管整流变换器和晶闸管整流变换器。
二极管整流器不提供任何一种控制输出电流和电压数值的手段。
为了适用于工业过程，输出值必须在一定范围内可以控制。
通过应用机械的所谓有载抽头变换器可以完成这种控制。
作为典型情况，有载抽头变换器在整流变压器的原边控制输入的交流电压，因此也就能够在一定范围内控制输出的直流值。
通常有载抽头变换器与串联在整流器输出电路中的饱和电抗器结合使用。
通过在电抗器中引入直流电流，使线路中产生一个可变的阻抗。
因此，通过控制电抗器两端的电压降，输出值可以在比较窄的范围内控制。
其原理图1如下。
晶闸管(Thyristor)是晶体闸整流管的简称，又称作可控硅整流器(Silicon Controlled Rectifier——SCR)，以前被简称为可控硅。
由于其能承受的电压和电流容量仍然是目前电力电子器件中最高的，而且工作可靠，因此在大容量的应用场合仍然具有比较重要的地位。
可控硅是四层三端结构元件，共有三个PN结，其等效图解如图2所示当阳极A加上正向电压时，BG1和BG2管均处于放大状态。
此时，如果从控制极G输入一个正向触发信号，BG2便有基流ib2流过，经BG2放大，其集电极电流ic2=β2ib2。
因为BG2的集电极直接与BG1的基极相连，所以ib1=ic2。
此时，电流ic2再经BG1放大，于是BG1的集电极电流ic1=β1ib1=β1β2ib2。
这个电流又流回到BG2的基极，表成正反馈，使ib2不断增大，如此正向馈循环的结果，两个管子的电流剧增，可控硅使饱和导通。
毕业论文说明书三相PWM 整流器的直接功率控制仿真研究学号： 学 院：专 业：指导教师：2016 年 6 月计算机与控制工程学院 1205044222 电气工程及其自动化 赵俊梅三相PWM整流器直接控制摘要随着现代工业的发展，越来越多的目光落在了变流装置上，如逆变电源和高频开关等等，这些变流装置大多都需要整流装置的配合。
传统整流器中不论是使用二极管的不控整流，还是使用晶闸管的相控整流都会在电网侧产生大量的谐波电流和电压，造成低功率因数、电网运行不经济等缺点。
本文在此基础上，研究一种基于PWM波的整流控制技术，它可以使得交流侧输入的电压电流实现同相位，减小网侧中的谐波成分。
这种控制的实现是基于电路有功和无功功率的分析，这种技术就是直接功率控制，简称DPC。
本文以电压型PWM整流器为模板，通过分析其拓扑图结构，建立了三相整流器在两相αβ坐标系下的数学模型。
通过学习和研究瞬时功率理论，在模型中加入了瞬时功率计算模块。
设计两相电压uα、uβ比较得到输入电压的相位。
根据这些模块算法建立了PWM整流系统的控制模型。
最后在MATLAB的simulink中建立了PWM整流器直接功率控制的仿真模型，整个控制系统采用双闭环系统反馈控制电流相位。
原理是根据所采集的瞬时功率和电压相位信号推算出此时所需的输出电压，由开关表不同开关量对应的不同输出电压来选取整流器功率开关的通断顺序。
关键词：PWM，整流器，直接功率控制Direct control of three phase PWM rectifierABSTRACTWith the development of modern industry, more and more attention has been on the converter, such as inverter power and high frequency switch. Traditional rectifier, whether using diode rectifiers, or the use of thyristor tube of phase controlled rectifier will at the grid side produced a lot of harmonic current and voltage, resulting in low power factor, power grid operation without economic disadvantage. On the basis of this, this paper studies a kind of rectifier control technology based on PWM wave, which can make the input voltage and current of the AC side to achieve the same phase, and reduce the harmonic component in the network side. This technology is the direct power control, referred to as DPC.In this paper, a voltage type PWM rectifier is used as the template. By analyzing the structure of the topology, the mathematical model of three-phase rectifier in the two-phase. By studying and studying instantaneous power theory, instantaneous power calculation module is added in the model. The phase of the input voltage is compared with the design of the two phase voltage u a and u b. According to these modules, the control model of PWM rectifier system is established.Finally, the simulation model of direct power control of PWM rectifier is established in MATLAB /Simulink. The whole control system adopts double closed loop system to control current phase. The principle is according to the acquisition of the instantaneous power and phase voltage signal is calculated at the required output voltage, by the switching table corresponding to different switch quantity output different voltage to select rectifier power switch of the switching sequence.Key words: PWM, rectifier, direct power control目录1 绪论 (1)1.1 研究的背景及意义 (1)1.2 PWM整流器的研究概况 (2)1.3 直接功率控制技术的发展现状 (2)1.4 毕业设计课题的任务和要求 (3)2 PWM整流器的分析设计 (5)2.1 三相PWM整流器的工作原理 (5)2.1.1 整流器主电路拓扑选择 (5)2.1.2 整流器的开关工作状态 (5)2.2 PWM整流器的数学模型 (6)2.2.1 三相电压在αβ两相静止坐标系下的数学模型 (8)2.3 本章小结 (10)3 三相电压型PWM整流器直接功率控制策略 (11)3.1 三相PWM整流器直接功率控制理论 (11)3.2 直接功率控制系统的基本组成 (11)3.3 直接功率控制系统的工作原理 (12)3.3.1 电压、电流和功率的测量 (13)3.3.2 输入空间扇形区划分 (13)3.3.3 功率滞环比较器 (14)3.3.4 开关状态表 (15)3.4 本章小结 (17)4 系统仿真及实验结果 (17)4.1 整流电路参数的设计 (18)4.1.1 直流侧电压选取 (18)4.1.2 交流侧电感选取 (19)4.1.3 直流侧电容选取 (22)4.2 仿真模型 (23)4.2 仿真波形 (30)4.3 本章小结 (34)参考文献 (35)致谢 (37)1 绪论1.1 研究的背景及意义伴随着半导体科技的快速成长，电力电子装置在交通、工业、能源、运输等领域发挥了越来越重要的应用，其中整流电路可以把交变电压转换为直流电压或可调电压的一种设备[1]。
整流电路一般由主电路、滤波器件和变压器件构成。
1970年以后，整流装置通常采用含有硅的整流二极管以及晶闸管组成。
滤波器接在整流电路后面，但要在负载之前，用作滤出直流电压中的交流谐波。
变压器的设置与否要根据实际情况的不同做出改变。
变压器的作用是电隔离。
它可以减小电路两侧电压和电流之间的影响，使得整个系统运行在更稳定的状态，在一定程度上保证整流供电的可靠性。
整流电路通过对晶闸管触发相位的控制，从而达到控制输出直流电压的目的，所以这种电路又称之为相控整流电路。
这种整流电路的工作机理是当电压到达自然换相点时自然换相，不需要专门设置驱动电路，所以其的使用起来简单方便、稳定可靠，是以在直流电机的转速调节、同步电机的励磁调节、工业制炼、电镀等范围得到广泛的使用。
当相控角α较大时，电压电流的相位偏差很大，无法实现单位功率因数运行，网测电流中谐波成分较大。
此外，一般的整流环节通常采用二极管搭建的不控整流电路或是使用晶闸管的相控整流电路，这样做的好处是可以简单方便的实现整流，但是单纯的使用二极管或晶体管会在电网中产生大量的谐波电流和无功功率损失，造成严重的电网“污染”。
如何提高整流电路的功率因数（实现单位化）、消弭谐波电流已经成为电力电子这门技术中的重要目的，伴随着以PWM整流设备的出现防治这种电网“污染”最有效的解决途径就是，使得变流装置不产生谐波电流，使得电网内电流的正弦化并且实现较高的功率因数。
因为PWM整流器可以使电网内电流处于正弦波输入，并且运行于单位功率因数从而减小电网中的感性无功，最终实现能量的两向流动[2]，做到电源绿色无污染，因此开发PWM整流器实现单位功率控制成为解决问题的关键。
风能的大量应用是人类社会迈向新纪元的一个重要标志，其原理是利用风力带动迎风的叶片旋转，再利用提速装置将旋转的速度提升，来促进发电机发电。
由于风力发电机得到的风力是非恒定的，因此其输出的电压是一个变化值，需要经过整流设备整流，再对蓄电瓶充电，把风电能变为化学能。
然后经过有源逆变将化学能变为220V的交流市电，保证稳定的使用。
我国风能资源丰富，如不加以利用会造成极大的资源浪费，因此将PWM整流技术运用到风能发电系统中就变得尤为重要[3]。
在整个风力发电系统中，风电整流技术是很重要的一个环节，为了不造成资源的浪费，使用整流器实现单位功率因数的改变就变得尤为重要。
1.2 PWM整流器的研究概况PWM控制技术是从逆变技术和直直斩波电路中发展出来的，随着全控开关器件的不断完善，PWM控制技术在整流电路里也开始应用了。
对于电压型整流器实施PWM控制有两个目的：第一，保持中间回路直流电压在允许范围；第二，使变压器一次侧的功率因数接近于1，即输入正弦电压电流，且输入电流量可以和电压的波形保持在相同相位的关系[4]。
针对一般的系统，要实现PWM整流器正常工作，需要同时控制直流侧输出电压和交流侧输入电流，直流输出电压作为外环控制量，交流输入电流作为内环控制量。
想要让PWM整流器在单位功率因数运行，可以通过很多控制方法实现。
根据是否测量电流值作为反馈量，反馈控制可以划分为两类：直接电流控制和间接电流控制。
在直接电流控制系统里，通过直流电压控制环节求出交流电流给定量，同时检测交流电流反馈值，由电流给定值与反馈值比较的结果决定开关元件的开关状态，从而达到对交流电流的直接控制，且使其跟踪电流的给定值。
