PWM整流器

ｎａｌｌｙ，ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｖｅｒｉｆｙ ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｃｙ ａｎｄ ｖａｌｉｄｉｔｙ ｏｆ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔ ｒａｔｅｇ ｙ ．Ｔｈｅ ｒ ｅｌｉａ ｂ ｉｌ— ｉｔｙ ｏｆｔｈｅ ｒｅｃｔｉｆｅｒ ｉｓ ｉｍｐｒｏｖｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｅｃｔｉ ｆｅｒ； ｇｒｉｄ ｖｏｌｔａｇｅ；ａｄａｐｔｉｖｅ；ｒｅａｃｔｉｖｅ ｃｕｒｒｅｎｔ
Ｇｒｉｄ Ｖｏｌｔａｇｅ Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅ ＰＷ Ｍ Ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ
ＹＡＮＧ Ｚｈｉ—ｗｅｉ，ＬＩ Ｙｅ—ｓｏｎｇ，ＹＩＮ Ｑｕ．ｎ
（Ｈｕａｚｈｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ ４３００７４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅ ｐｕｌｓｅ ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔ ｉｏｎ（ＰＷＭ ） ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ ｉｓ ａｆｅｃｔｅｄ ｂｙ ｇｒｉｄ ｖｏｌｔａｇｅ，ｄｉｒｅｃｔ ｃｕｒｒｅｎｔ ｌｉｎｋ
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。
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了整流 器工作 的可 靠性 。最后通 过仿 真和 实验 ，验 证 了理论分 析 的正确 性和控 制策 略的有 效性 。
关 键 词 ：整 流 器 ；电 网 电压 ；自适 应 ；无 功 电 流
中图分 类号 ：ＴＭ４６１
文献标识码 ：Ａ
文章编号 ：１０００—１００Ｘ（２０１８）０２－００８１－０５
第 ５２卷 第 ２期 ２０１８年 ２ 月
电 力 电子 技 术 Ｐｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ
Ｖｏ１．５２，Ｎｏ．２ Ｆｅｂｒｕａｒｙ ２０１８

电力 电子 ・ Ｐ ｏ ｗｅ ｒ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｓ
浅谈 Ｐ ＷＭ 整 流 器 的简 单控 制 方法
文／ 黄 雨 鑫
相 电压 型 Ｐ ＷＭ 整 流器 的主 电路 结构 图 如 图
对Ｐ Ｗ Ｍ整 流 器 工 作 原 理 作 系 统 分 析 ， 整 流 器 建 模 ，依 据 瞬 时
个 输出电压 ，此时 ，它体现为逆变器的功能。 但当电网向整流器直流侧的储能元件充 电时 ， Ｐ ＷＭ 变 流器 就 处在 整 流 状态 。 因此 ，Ｐ ＷＭ
变 流 器 既 是 逆 变 器 也 是 整 流 器 。 由于 电路 直 流
侧有不同的储能元件的不 ，将这些不 同性质的 储能元件为分为 电容的 电压源型 、储能元件为 电感 的 电流 源 型 两 种 ，其 中 ， 电压 源 型 整 流 器
主 电路 的储 能 元 件 选 用 前 者 ， 由于 电容 的 电压
图２ — ３ ： 电流 控 制 环
源 型储 能元件具有优 良的电气特性 ，因此它 的 应用范围很广泛。依据三相 电乐型 Ｐ ＷＭ 整 流 器 的数 学模 型，根据 控 制 目标推 演 出控 制 规 律。这种控制算法 与原 有的解 耦控 制箅法相 比
要 包 括 功 率 开 关 、 缓 冲 电 路 和 储 能 元 件 。 主 电路中的 Ｐ ＷＭ 变 流 器 ，其 主 要 功 能 是产 生 一
逆变器的中点 ０ 和直流侧的 Ｎ 点能够由一 电流的控制过程 中，同时还存在 系统电压对 ｄ 电路就能够 简化成单相等效 电路 。如 图 ２ 一 ｌ 所 示 。其 中采用可控 电压源来代表逆变器的输 出 电压 。
系中，其 中的有功 电流和无功 电流具有耦合 关 联 ， 当对 其 中 ｄ轴 或 ｑ轴 电流 进 行 控 制 时 也 会 导 致 另一轴 电流 发生 变化。为 了使 ｄ 、ｑ轴 电

R ia
Ua
(udc
Sa
uNO )
(9.8)
同理可得b相和c相的微分方程如下:
Ls
dib dt
R ib
Ub
(udc
Sb
uNO )
Ls
dic dt
R ic
Uc
(udc
Sc
uNO )
(9.9) (9.10)
9.3.1三相PWM整流器动态数学模型
对于三相平衡系统，有: U a U b U c 0 ，将式(9.8)、(9.9)、(9.10)变
将式(9.5)、式(9.6)代入式(9.4)得: Ls
Sa Sa 1
Rt Rs
dia dt
R
R ia
Ua
[(ia
Rt
U dc ) Sa ia
(9.7)
Rt
Sa
u NO
]
同一桥臂上下开关不能同时导通，即 Sa Sa 1，同时约定Rt Rs R ,则式
(9.7)可写为:
Ls
dia dt
9.3.1三相PWM整流器动态数学模型
对a相电路，有:
Ls
dia dt
Rs
ia
Ua
(uAN
uNO )
(9.4)
设 R1 为IGBT的等效电阻，当上桥臂开关导通，且下桥臂开关关断时，有:
u AN ia Rt udc
(9.5)
当下桥臂导通，上桥臂关断时有:
u AN ia Rt
(9.6)
种拓扑结构中以多个功率开关串联使用，并采用二极管箱位以 获得交流输出电压的三电平调制，因此，三电平 VSR 在提高 耐压等级的同时有效的 降低了交流侧谐波电压
、电流，从而改善了其

第一章绪论1.1 PWM整流器的概述电力电子技术的高速发展，使得功率半导体开关器件的性能也在不断提高，已经冲早期广泛使用的半控型功率半导体开关，如普通晶闸管（SCR）发展到如今性能不同且种类繁多的全控型功率开关，如双极性晶体管（BJT）、门极关断（GTO）晶闸管、绝缘栅双极性晶体管（IGBT）、功率场效应晶体管（MOSFET）等。

尤其是20世纪90年代发展起来的智能型功率模块（IPM）开创了功率半导体开关器件的新发展方向。

功率半导体开关器件技术的进步，使得电力电子变流装置技术得以迅速发展，出现了如变频器、逆变电源、高频开关电源、以及各类变流器等以脉宽调制（PWM）控制为基础的各类变流装置，这些各类变流装置在国民经济各领域中起着重要的作用。

不过，目前这些变流装置中的很大一部分都需要整流环节，从而获得直流电压，因为常规的整流环节多采用了二极管不控整流电路或晶闸管相控整流电路，所以对电网注入了大量的谐波和无功，造成了严重的电网“污染”。

要想治理这种“污染”，最根本的措施就是使变流装置的网侧电流实现正弦化，并运行于单位功率因数。

对此，大量学者为此展开了大量研究工作。

其核心思想就是，在整流器的控制中引入PWM技术，使整流器网侧电流正弦化，并可运行于单位功率因数。

根据能量是否可以双向流动，有可逆PWM整流器和不可逆PWM整流器两种不同拓扑结构的PWM整流器。

本设计只用到可逆PWM整流器及其控制策略，以下文中所指PWM整流器都是指可逆PWM整流器。

因为PWM整流器实现了网侧电流正弦化，并运行于单位功率因数，且能量可双向传输，所以真正实现了“绿色电能变换”。

因为PWM整流器网侧呈现出受控电流源特性，所以这一特性使PWM整流器及其控制技术得到了进一步的发展和拓宽，并且取得了更为广泛和更为重要的应用，如有源电力滤波（APF）、超导储能（SMES）、电气传动（ED）、静止无功补偿（SVG）、统一潮流控制（UPFC）、高压直流输电（HVDC）、新型UPS以及太阳能、风能等可再生能源的并网发电等。