PWM整流器的仿真研究

1、中 國(guó) 礦 業(yè) 大 學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)姓 名： 學(xué) 號(hào) 學(xué) 院： 應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 設(shè)計(jì)題目： PWM整流器的仿真研究 專 題： 指導(dǎo)教師： 李國(guó)欣 職 稱： 講師 2010 年 6 月 徐州中國(guó)礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)院 應(yīng)用技術(shù)學(xué)院專業(yè)年級(jí) 電氣06-1班學(xué)生姓名 任務(wù)下達(dá)日期： 2010年 3 月 8日畢業(yè)設(shè)計(jì)日期： 2010年 3 月 10 日至 2010 年 6月 10 日畢業(yè)設(shè)計(jì)題目: PWM整流器的仿真研究畢業(yè)設(shè)計(jì)專題題目：畢業(yè)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容和要求：1.學(xué)習(xí)PWM整流技術(shù)方面的基礎(chǔ)知識(shí)；2.對(duì)PWM整流器的主電路設(shè)計(jì)進(jìn)行初步研究；3.對(duì)目前應(yīng)用比較廣泛的PW

2、M整流電路控制策略進(jìn)行總結(jié)分析 和比較，并進(jìn)行仿真分析。院長(zhǎng)簽字： 指導(dǎo)教師簽字：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師評(píng)閱書指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)（基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；獨(dú)立解決實(shí)際問題的能力；研究?jī)?nèi)容的理論依據(jù)和技術(shù)方法；取得的主要成果及創(chuàng)新點(diǎn)；工作態(tài)度及工作量；總體評(píng)價(jià)及建議成績(jī)；存在問題；是否同意答辯等）：成 績(jī)： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日中國(guó)礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)評(píng)閱教師評(píng)閱書評(píng)閱教師評(píng)語(yǔ)（選題的意義；基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力；工作量的大小；取得的主要成果及創(chuàng)新點(diǎn)；寫作的規(guī)范程度；總體評(píng)價(jià)及建議成績(jī)；存在問題；是否同意答辯等）：成 績(jī)： 評(píng)閱教師簽字：年 月 日中國(guó)礦

3、業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)評(píng)閱教師評(píng)閱書評(píng)閱教師評(píng)語(yǔ)（選題的意義；基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力；工作量的大??；取得的主要成果及創(chuàng)新點(diǎn)；寫作的規(guī)范程度；總體評(píng)價(jià)及建議成績(jī)；存在問題；是否同意答辯等）：成 績(jī)： 評(píng)閱教師簽字：年 月 日中國(guó)礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯及綜合成績(jī)答 辯 情 況提 出 問 題回 答 問 題正 確基本正確有一般性錯(cuò)誤有原則性錯(cuò)誤沒有回答答辯委員會(huì)評(píng)語(yǔ)及建議成績(jī)：答辯委員會(huì)主任簽字： 年 月 日學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組綜合評(píng)定成績(jī)：學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組負(fù)責(zé)人： 年 月 日摘 要隨著電力電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用與發(fā)展，供電系統(tǒng)中添加了大量的非線性負(fù)載，引起電網(wǎng)電壓、電流的畸變，導(dǎo)致電力污

4、染，實(shí)現(xiàn)“綠色”電能變換成為目前電力電子技術(shù)研究的重點(diǎn)之一。在眾多諧波治理措施中，使用PWM整流器來(lái)調(diào)節(jié)網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)，實(shí)現(xiàn)能量雙向流動(dòng)這一主動(dòng)改善電能質(zhì)量的技術(shù)得到了深入的研究和發(fā)展。本文基于三相兩電平PWM整流器結(jié)構(gòu)，對(duì)PWM整流器的控制策略進(jìn)行了研究。PWM整流器的工作原理及數(shù)學(xué)模型是實(shí)現(xiàn)整流器控制的基礎(chǔ)。本文分析了PWM整流器各種工作狀態(tài)的工作原理，基于開關(guān)函數(shù)和占空比兩種描述方法建立了PWM整流器的數(shù)學(xué)模型。對(duì)PWM整流器的有效控制是實(shí)現(xiàn)其改善電網(wǎng)質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)。本文重點(diǎn)分析了滯環(huán)電流控制和電流前饋解耦控制兩種控制策略，并采用電壓控制外環(huán)和電流控制內(nèi)環(huán)組成的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，而且對(duì)控制器

5、的參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，為PWM整流器的控制奠定了理論基礎(chǔ)。最后運(yùn)用MATLAB/Simulink構(gòu)建了三相VSR仿真平臺(tái)，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，證明了控制策略的正確性。關(guān)鍵詞：PWM整流器； 數(shù)學(xué)模型； 控制策略； 仿真Abstract Recent years, power electronic devices have been used wildly used in various industrial applications as essential modules. A large part of these facilities are composed of diodes or th

6、yristors, which bring severe harmonics pollution to the power grid. The "green "converter of power has become the study key point of power electronic technology. Among the methods of harmonic restraining, the technoogy of using PWM rectifier, which can modulate the grid power factor, emple

7、ment the bidirectional transmission of power and improve the power quality actively has gotten in-depth study and development. This paper studied on the control strategy of rectifier based on the structure of the structure of three phase PWM rectifier. The working principle and mathematic model of P

8、WM rectifier is the base of rectifier's control. This paper analyzed the working principle of PWM rectifier at every work state, and built the AC mathematic model of PWM rectifier based on the switching function and duty ratio. The efficient control of PWM rectifier is the key technology of impr

9、oving grid quality. This paper analyzed the two control strategy of hysteresis current control and feed-forward decoupled current control, and designed the parameter of the controller, and settled the theory base of the PWM rectifier's control.A three-phase VSR simulation platform is built with

10、Simulink software, and the simulation results prove the correctness of the control strategy.Keywords：PWM rectifier; mathematic model; control strategy; simulation目 錄1 緒論11.1PWM整流器概述11.2研究PWM整流器的意義11.3PWM整流器的研究現(xiàn)狀21.4本課題研究?jī)?nèi)容32 PWM整流器的工作原理、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及數(shù)學(xué)模型42.1PWM整流器的工作原理42.2PWM整流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)52.3三相VSR一般數(shù)學(xué)模型9采用開關(guān)函數(shù)描述

11、的VSR一般數(shù)學(xué)模型10采用占空比描述的VSR一般數(shù)學(xué)模型112.4基于兩相（靜止）坐標(biāo)系的數(shù)學(xué)模型132.5基于兩相d q（同步）旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的數(shù)學(xué)模型143 PWM整流器的控制策略163.1PWM整流器的間接電流控制163.2PWM整流器的直接電流控制173.3基于同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)下的PWM整流器的雙閉環(huán)控制194 三相VSR的系統(tǒng)設(shè)計(jì)214.1電流內(nèi)環(huán)控制器的設(shè)計(jì)214.2電壓外環(huán)控制器的設(shè)計(jì)234.3主電路參數(shù)設(shè)計(jì)24交流側(cè)電感設(shè)計(jì)24直流側(cè)電容的設(shè)計(jì)285 三相VSR的仿真研究305.1仿真軟件介紹305.2三相VSR的仿真研究30總結(jié)42參考文獻(xiàn)43翻譯部分43英文原文44中文譯文55致

12、 謝651 緒論1.1PWM整流器概述 非線性負(fù)載被引入電網(wǎng)，導(dǎo)致了日趨嚴(yán)重的諧波污染。電網(wǎng)諧波污染的原因有好多種，但是根本原因在于電力電子裝置的開關(guān)工作方式，從而引起網(wǎng)側(cè)電流、電壓波形的嚴(yán)重畸變。在我國(guó)，當(dāng)前主要的諧波源主要是一些整流設(shè)備，如化工和冶金行業(yè)的整流設(shè)備以及各種調(diào)速、調(diào)壓設(shè)備和電力機(jī)車等。最常見的整流方式是采用二極管不控整流電路或晶閘管相控整流電路，運(yùn)用二極管不控整流電路從電網(wǎng)吸取畸變電流的同時(shí)又對(duì)電網(wǎng)注入了大量諧波及無(wú)功，造成了嚴(yán)重的電網(wǎng)諧波污染，而且直流側(cè)能量無(wú)法回饋電網(wǎng)。采用相控方式的整流器也存在很多問題，在深度相控下交流側(cè)功率因數(shù)很低，因換流引起電網(wǎng)電壓波形畸變等缺點(diǎn)。這

13、些整流器從電網(wǎng)汲取電流的非線性特征，給周圍用電設(shè)備和公用電網(wǎng)都會(huì)帶來(lái)不良的影響。針對(duì)上述兩種整流電路的不足，PWM整流器對(duì)傳統(tǒng)的二極管及相控整流器進(jìn)行了全面的改進(jìn)。PWM整流器關(guān)鍵性的改進(jìn)在于用全控型功率開關(guān)管取代了半控型功率開關(guān)管或二極管，以PWM整控整流取代了相控整流或不可控整流。PWM整流器具有很多優(yōu)良的性能，例如：實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)的控制(比如單位功率因數(shù))，網(wǎng)側(cè)電流更接近正弦波，電能實(shí)現(xiàn)雙向流動(dòng)，具有較快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。為了抑制電力電子裝置產(chǎn)生的諧波，其中最直接的一種方法就是對(duì)整流器本身進(jìn)行改進(jìn)，使其盡量不產(chǎn)生諧波，且電流和電壓同相位。這種整流器被稱為高功率因數(shù)變流器或高功率因數(shù)整流器。高

14、功率因數(shù)變流器主要采用PWM整流技術(shù)，大多數(shù)都需要使用自關(guān)斷器件。對(duì)電流型整流器，可直接對(duì)各個(gè)電力半導(dǎo)體器件的通斷進(jìn)行 PWM調(diào)制，使輸入電流變成接近正弦且與電源電壓同相的PWM波形，從而得到接近1的功率因數(shù)。對(duì)電壓型整流器，需要將整流器通過(guò)電抗器與電源相連。只要對(duì)整流器各開關(guān)器件施以相應(yīng)的PWM控制，就可以對(duì)整流器網(wǎng)側(cè)交流電流的大小和相位進(jìn)行控制，不僅可以實(shí)現(xiàn)交流電流接近正弦波，而且可以使交流電流的相位與電源電壓同相，就是系統(tǒng)的功率因數(shù)總是接近于1。1.2研究PWM整流器的意義在電力系統(tǒng)中，電流和電壓應(yīng)是完整的正弦波。但是在我們實(shí)際生活中的電力系統(tǒng)中，由于非線性負(fù)載等因素的影響，電網(wǎng)電壓和電

15、流波形總會(huì)存在不同程度的畸變，給電力輸配電系統(tǒng)和附近的其它電氣設(shè)備帶來(lái)許多相關(guān)問題，所以就應(yīng)該采取必要的措施限制其對(duì)電網(wǎng)和其它設(shè)備的影響。隨著電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，各種電力電子裝置在電力系統(tǒng)、工業(yè)、交通、家庭等眾多領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用，很多場(chǎng)合需要大量各種類型的變流裝置將一種頻率、幅值、相位的電能變換為另一種頻率、幅值、相位的電能，使得用電設(shè)備處于理想工作狀態(tài)，或者滿足用電負(fù)載某些特殊要求，從而獲得最大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益1。目前，隨著功率半導(dǎo)體器件的研制與生產(chǎn)水平都在不斷提高，各種新型電力電子變流裝置不斷出現(xiàn)在市場(chǎng)上，特別是用于交流電機(jī)調(diào)速傳動(dòng)的變頻器性能的逐步完善，為工業(yè)領(lǐng)域節(jié)能和改善生產(chǎn)工藝提供了

16、十分廣闊的應(yīng)用前景。相關(guān)資料表明，電力電子裝置的生產(chǎn)量在未來(lái)十年中將以每年大于10%的速度飛速增長(zhǎng)，同時(shí)，由這類裝置所產(chǎn)生的高次諧波約占總諧波源的70%以上。根據(jù)網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)定義可以知道，相控整流裝置的網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)總是小于1，即使基波電流與網(wǎng)側(cè)電壓是同相的。隨著相控角的增大，網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)也減小，這些都將給電網(wǎng)帶來(lái)不好的影響，主要有三點(diǎn)： （1）增加了電網(wǎng)的無(wú)功損耗與線路壓降，更嚴(yán)重是，還將造成局部網(wǎng)絡(luò)電壓的波動(dòng)； （2）引起了電網(wǎng)的諧波損耗； （3）這些諧波電流在傳輸線上流動(dòng)將會(huì)引起傳導(dǎo)和射頻干擾，造成對(duì)它敏感的電子儀器和設(shè)備、繼電器以及通信線路等的諧波干擾，特別對(duì)當(dāng)今計(jì)算機(jī)的普及應(yīng)用是一種實(shí)

17、在的威脅。因此，采取相應(yīng)的措施來(lái)抑制、以至消除這些電力危害是電力電子技術(shù)領(lǐng)域中一項(xiàng)重要的研究課題，具有重要的理論和實(shí)際意義2。1.3PWM整流器的研究現(xiàn)狀對(duì)PWM整流器的研究開始于20世紀(jì)70年代末，而進(jìn)入80年代后，PWM整流技術(shù)的應(yīng)用與研究在電力電子技術(shù)的發(fā)展下得到了推動(dòng)。1982年，Busse Alfred提出了三相全橋PWM整流器及其網(wǎng)側(cè)電流幅相控制策略，實(shí)現(xiàn)了PWM整流器網(wǎng)側(cè)單位功率因數(shù)控制5。1984年，Akagi Hirofumi等人提出了無(wú)功補(bǔ)償器控制策略，成為電壓型PWM整流器的早期設(shè)計(jì)思想6。 20世紀(jì)80年代末，A.W.Green等人提出了PWM整流器連續(xù)以及離散動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)

18、模型和控制策略，使PWM整流器的研究達(dá)到了一個(gè)新的高度7。在20世紀(jì)90年代，PWM整流器的研究主要集中在其建模與分析、電流控制方法、主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、系統(tǒng)控制策略以及電流型PWM整流器的研究等方面。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著PWM整流器的廣泛應(yīng)用，各國(guó)學(xué)者對(duì)PWM整流器控制策略的研究也越來(lái)越深入。最主要的研究領(lǐng)域幾種在以下幾個(gè)方面:1. 無(wú)電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)傳感器和無(wú)網(wǎng)側(cè)電壓傳感器控制；2. 電網(wǎng)電壓不平衡條件下的PWM整流器控制；3. PWM整流器非線性控制策略的研究，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、二次型最優(yōu)控制、模糊控制和反饋線性化控制等。 此外，Carls Henrique等人在PWM整流器原有的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上加入了

19、二極管整流器，二者混合使用以實(shí)現(xiàn)高功率因數(shù)整流；L.Belhadji和K.aliouane等人提出了新型的空間矢量調(diào)制算法，有效地減小了開關(guān)頻率和開關(guān)損耗；C.Attaianese和A.Barbaro等人對(duì)整流器各變量進(jìn)行逐步預(yù)測(cè)，提出了一種新型的整流器預(yù)測(cè)控制方法；Monglol Konghirun則詳細(xì)分析了PWM整流器各工作狀態(tài)的電壓、電流及開關(guān)情況，得出了PWM整流器的通用等效Boost電路；Abdelouahab Bouafia和Jean-Paul Gaubert等人用有功功率和無(wú)功功率代替直接轉(zhuǎn)矩控制中的轉(zhuǎn)矩和磁鏈，提出了無(wú)電壓傳感器的直接功率控制策略；Liviu Mihalach

20、e等人對(duì)于PWM整流器網(wǎng)側(cè)LCL濾波器進(jìn)行研究，提出了在電壓畸變情況下減小電流總諧波含量的控制方法；R.Skandari和A.Rahamati則基于空間矢量調(diào)制策略，在固定的開關(guān)頻率下對(duì)PWM整流器進(jìn)行了基于模糊邏輯算法的直接功率控制的研究8。PWM整流對(duì)電網(wǎng)不產(chǎn)生諧波污染，因而是一種真正意義上的綠色環(huán)保電力電子裝置。經(jīng)過(guò)幾十年的研究和發(fā)展，PWM整流器技術(shù)已日趨成熟。PWM整流器主電路已從早期的半控型器件橋路發(fā)展到如今的全控型器件橋路；其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)已從單相、三相電路發(fā)展到多相組合及多電平拓?fù)潆娐?；PWM開關(guān)控制由單純的硬開關(guān)調(diào)制發(fā)展到軟開關(guān)調(diào)制；功率等級(jí)從千瓦級(jí)發(fā)展到兆瓦級(jí)。在中大功率場(chǎng)合特別

21、是需要能量雙向傳遞的場(chǎng)合中，PWM整流電路具有非常廣泛的應(yīng)用前景。IGBT等新型電力半導(dǎo)體開關(guān)器件的出現(xiàn)和PWM控制技術(shù)的發(fā)展，極大地促進(jìn)了PWM整流電路的發(fā)展，并使之進(jìn)入了實(shí)用化階段，已經(jīng)應(yīng)用于有源濾波器、超導(dǎo)儲(chǔ)能、交流傳動(dòng)、高壓直流輸電以及統(tǒng)一潮流控制等方面2。在我國(guó)，PWM整流電路地研究仍處于起步階段，有關(guān)PWM整流電路的研究主要以理論和實(shí)驗(yàn)研究為主，雖然取得了一定進(jìn)展，但是還不夠完善。1.4本課題研究?jī)?nèi)容1. PWM整流器的工作原理和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 本文分析了PWM整流器在不同工作狀態(tài)下的工作原理，以及不同分類下的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。2. 數(shù)學(xué)模型的建立 對(duì)PWM整流器電路進(jìn)行分析，采用開關(guān)函數(shù)描述和

22、占空比描述的方法建立三相PWM整流器在靜止坐標(biāo)系的數(shù)學(xué)模型和同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。3. PWM整流器的控制策略 本設(shè)計(jì)采用電流內(nèi)環(huán)控制和電壓外環(huán)控制的雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)。其中，電流內(nèi)環(huán)的動(dòng)態(tài)性能直接影響電壓外環(huán)的控制性能。PWM整流器的電流內(nèi)環(huán)控制分為直接電流控制和間接電流控制，直接電流控制采用前饋解耦控制，間接電流控制采用幅相控制。4. 三相VSR的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 本文對(duì)三相VSR的系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括電流內(nèi)環(huán)和電壓外環(huán)控制器的設(shè)計(jì)，并對(duì)主電路的參數(shù)進(jìn)行了設(shè)定。5. 三相VSR的仿真研究采用Matlab/Simulink仿真軟件對(duì)PWM整流器的數(shù)學(xué)模型和電路模型分別進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，尋找合適的控制方法和系統(tǒng)

23、參數(shù)，分析仿真結(jié)果，驗(yàn)證模型的正確性和控制方法的可行性。2 PWM整流器的工作原理、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及數(shù)學(xué)模型2.1PWM整流器的工作原理 PWM整流器實(shí)際上是一個(gè)交、直流側(cè)可控的四象限運(yùn)行的變流裝置，為了便于理解，以下首先從模型電路來(lái)闡述PWM整流器的原理3。圖2.1為PWM整流器模型電路，可以看出：PWM整流器模型電路是由交流回路、功率開關(guān)管橋路以及直流回路組成。其中交流回路包括交流電動(dòng)勢(shì)e和網(wǎng)側(cè)電感L等；直流回路包括負(fù)載電阻R和負(fù)載電動(dòng)勢(shì)等；功率開關(guān)管橋路可由電壓型或電流型橋路組成。圖2.1 PWM整流器模型電路 當(dāng)不計(jì)功率開關(guān)管橋路損耗時(shí)，由交、直流側(cè)功率平衡關(guān)系得：式中v和i是模型電路交流

24、側(cè)電壓和電流；和是模型電路直流側(cè)電壓和電流。由上不難理解：通過(guò)對(duì)模型電路交流側(cè)的控制，就可以控制其直流側(cè)，反之對(duì)直流側(cè)的控制也可以控制交流側(cè)。 以下主要從模型電路的交流側(cè)入手，分析PWM整流器的運(yùn)行狀態(tài)和控制原理。穩(wěn)態(tài)條件下，PWM整流器交流側(cè)矢量關(guān)系如圖2.2所示。 圖2.2 PWM整流器交流側(cè)穩(wěn)態(tài)矢量關(guān)系 為簡(jiǎn)化分析，對(duì)于整流器模型電路，只考慮基波分量而忽略PWM諧波分量，并且不計(jì)交流側(cè)電阻。由圖2.2分析可以知道：以電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)矢量為參考時(shí)，通過(guò)控制交流電壓矢量就可以實(shí)現(xiàn)PWM整流器的四象限運(yùn)行。若假設(shè)不變，因此 =也是固定不變的，在這種情況下，PWM整流器交流電壓矢量端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡就構(gòu)成了

25、一個(gè)以為半徑的圓。當(dāng)電壓矢量端點(diǎn)位于圓軌跡A點(diǎn)時(shí)，電流矢量比電動(dòng)勢(shì)矢量滯后，此時(shí)PWM整流器的網(wǎng)側(cè)呈現(xiàn)純電感特性，如圖2.2（a）所示；當(dāng)電壓矢量端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至圓軌跡B點(diǎn)時(shí)，電流矢量與電動(dòng)勢(shì)矢量平行而且同向，此時(shí)PWM整流器網(wǎng)側(cè)呈現(xiàn)正電阻特性，如圖2.2（b）所示；當(dāng)電壓矢量端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至圓軌跡C點(diǎn)時(shí)，電流矢量比電動(dòng)勢(shì)矢量超前，此時(shí)PWM整流器的網(wǎng)側(cè)呈現(xiàn)純電容特性，如圖2.2（c）所示；當(dāng)電壓矢量端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至圓軌跡D點(diǎn)時(shí)，電流矢量與電動(dòng)勢(shì)矢量平行且反向，此時(shí)PWM整流器的網(wǎng)側(cè)呈現(xiàn)負(fù)阻特性，如圖2.2（d）所示。以上，A、 B、C、D四點(diǎn)是PWM整流器四象限運(yùn)行的四個(gè)特殊工作狀態(tài)點(diǎn)，進(jìn)一步分析，可得PWM

26、整流器四象限運(yùn)行的規(guī)律如下： （1）電壓矢量端點(diǎn)在圓軌跡AB上運(yùn)動(dòng)時(shí)，PWM整流器運(yùn)行于整流狀態(tài)。此時(shí)，PWM整流器需要從電網(wǎng)中吸收有功和感性無(wú)功功率，電能將通過(guò)PWM整流器從電網(wǎng)傳輸至直流負(fù)載。應(yīng)該注意的是，當(dāng)PWM整流器運(yùn)行在B點(diǎn)時(shí)，實(shí)現(xiàn)的是單位功率因數(shù)整流控制；而在A點(diǎn)運(yùn)行時(shí)，PWM整流器則不從電網(wǎng)吸收有功功率，而只是從電網(wǎng)吸收感性無(wú)功功率。 （2）當(dāng)電壓矢量端點(diǎn)在圓軌跡BC上運(yùn)動(dòng)時(shí)，PWM整流器運(yùn)行于整流狀態(tài)。此時(shí)，PWM整流器需從電網(wǎng)吸收有功及容性無(wú)功功率，電能將通過(guò)PWM整流器從電網(wǎng)傳輸至直流負(fù)載。當(dāng)PWM整流器運(yùn)行至C點(diǎn)時(shí)，PWM整流器將不從電網(wǎng)吸收有功功率，而只是從電網(wǎng)吸收容性

27、無(wú)功功率。 （3）當(dāng)電壓矢量端點(diǎn)在圓軌跡CD上運(yùn)動(dòng)時(shí)，PWM整流器運(yùn)行于有源逆變狀態(tài)。此時(shí)PWM整流器向電網(wǎng)傳輸有功及容性無(wú)功功率，電能將從PWM整流器直流側(cè)傳輸至電網(wǎng)。當(dāng)PWM整流器運(yùn)行至D點(diǎn)時(shí)，就可以實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)有源逆變控制。 （4）當(dāng)電壓矢量端點(diǎn)在圓軌跡DA上運(yùn)動(dòng)時(shí)，PWM整流器運(yùn)行于有源逆變狀態(tài)。此時(shí)，PWM整流器向電網(wǎng)傳輸有功及感性無(wú)功功率，電能將從PWM整流器直流側(cè)傳輸至電網(wǎng)。顯然，要實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行，關(guān)鍵在于網(wǎng)側(cè)電流的控制。一方面，可以通過(guò)控制PWM整流器交流側(cè)電壓，間接控制網(wǎng)側(cè)電流；另一方面，可以通過(guò)網(wǎng)側(cè)電流的閉環(huán)控制來(lái)直接控制PWM整流器的網(wǎng)側(cè)電流。 根據(jù)上述工作狀態(tài)的分析

28、，可以得出，想要使PWM整流器實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行，必須對(duì)網(wǎng)側(cè)電流進(jìn)行有效的控制。主要方法有兩種： 一是控制PWM整流器的網(wǎng)側(cè)電壓，從而間接控制其網(wǎng)側(cè)電流； 二是通過(guò)網(wǎng)側(cè)電流的閉環(huán)控制，直接控制PWM整流器的網(wǎng)側(cè)電流。2.2PWM整流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)隨著PWM整流技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)設(shè)計(jì)出多種PWM整流器，它們?cè)谥麟娐方Y(jié)構(gòu)、PWM信號(hào)發(fā)生以及控制策略等方面均有各自的特點(diǎn)。按直流儲(chǔ)能形式可以分為電壓源型和電流源型。按電網(wǎng)相數(shù)可以分為單相電路、兩相電路和多相電路。按開關(guān)調(diào)制可以分為硬開關(guān)調(diào)制和軟開關(guān)調(diào)制。按橋路結(jié)構(gòu)可以分為半橋電路和全橋電路。按調(diào)制電平可以分為兩電平電路、三電平電路和多電平電路。在電壓源型PWM整

29、流器的諸多拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，直流側(cè)均采用電容進(jìn)行儲(chǔ)能，使直流側(cè)呈電壓源特性，這是其最顯著的特征。 圖2.3單相半橋VSR拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 圖2.4單相全橋VSR拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖2.3和圖2.4為單相半橋和全橋VSR拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)?？梢钥闯?，單相半橋和單相全橋VSR的交流側(cè)的電路結(jié)構(gòu)是相同的，其中交流側(cè)電感主要用于濾除網(wǎng)側(cè)電流諧波。單相半橋VSR只有一個(gè)橋臂采用功率開關(guān)器件，另一橋臂由兩個(gè)串聯(lián)的電容組成，可以作為直流側(cè)儲(chǔ)能電容；單相全橋VSR采用四個(gè)功率開關(guān)器件構(gòu)成H橋結(jié)構(gòu)，每個(gè)功率開關(guān)器件與一個(gè)續(xù)流二極管反并聯(lián)，以用來(lái)緩沖PWM過(guò)程中的無(wú)功電能。兩者比較，前者的主電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，常用于低成本、小功率的應(yīng)用場(chǎng)合。但

30、是半橋電路直流電壓是全橋電路的兩倍，對(duì)其功率開關(guān)器件的耐壓要求較高，而且需要引入電容均壓控制來(lái)保持電路中點(diǎn)電位基本不變，因此控制起來(lái)相對(duì)復(fù)雜。 圖2.5三相半橋VSR拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 圖2.6三相全橋VSR拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖2.5和圖2.6為三相半橋、全橋VSR拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，三相半橋VSR交流側(cè)采用三相對(duì)稱的無(wú)中線連接方式，用六個(gè)功率開關(guān)器件構(gòu)成，適用于三相電網(wǎng)平衡的系統(tǒng)，是一種普遍使用的PWM整流器。三相全橋VSR克服了前者在電網(wǎng)不平衡的時(shí)候容易發(fā)生故障的缺點(diǎn)，在公共直流母線上連接了三個(gè)獨(dú)立控制的單相全橋VSR，而且通過(guò)變壓器連接三相四線制電網(wǎng)，但是其功率開關(guān)器件數(shù)量是前者的兩倍，所以應(yīng)用較少。以上所介紹的是兩

31、電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)應(yīng)用于高壓場(chǎng)合時(shí)，需要將多個(gè)開關(guān)器件串聯(lián)在一起使用，或使用耐壓等級(jí)較高的開關(guān)器件，以提高電壓等級(jí)。使用時(shí)，當(dāng)開關(guān)頻率不高時(shí)，諧波含量會(huì)相對(duì)增大。而具有中點(diǎn)嵌位的三電平VSR拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用二極管嵌位，獲得交流輸出電壓為三電平，因此提高了耐壓等級(jí)，降低了交流諧波電壓、電流，改善了網(wǎng)側(cè)波形品質(zhì)。只是這種方法所需的功率開關(guān)器件數(shù)量過(guò)于多，控制相對(duì)復(fù)雜和繁瑣，所以很難被廣泛應(yīng)用。以上所述的VSR拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)屬常規(guī)的二電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的不足之處在于，當(dāng)其應(yīng)用于高壓場(chǎng)合時(shí)，需使用耐高壓的功率開關(guān)或?qū)⒍鄠€(gè)功率開關(guān)串聯(lián)使用。此外，由于VSR交流側(cè)輸出電壓總在二電平上切換，當(dāng)開關(guān)頻率不高時(shí)，將導(dǎo)致

32、諧波含量相對(duì)較大。為解決這些問題，設(shè)計(jì)了具有中點(diǎn)嵌位的三電平VSR拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中以多個(gè)功率開關(guān)串聯(lián)使用，并采用二極管嵌位以獲得交流輸出電壓的三電平調(diào)制。顯然，三電平VSR在提高耐壓等級(jí)的同時(shí)有效地降低了交流諧波電壓、電流，從而改善了其網(wǎng)側(cè)波形品質(zhì)。圖2-7為三相三電平VSR電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可見，三電平電路所需功率開關(guān)與二電平電路相比成倍增加，并且控制也相對(duì)復(fù)雜，這是這種電路的不足之處。另外，為了更好地適應(yīng)高壓大功率應(yīng)用，并降低交流輸出電壓諧波，近年來(lái)還設(shè)計(jì)出采用多個(gè)二極管嵌位的多電平VSR拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖2.7三相三電平VSR拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 圖2.8三相軟開關(guān)VSR拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖2.8為三相軟開關(guān)V

33、SR拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖中，橋式并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)由諧振電感、諧振電容、功率開關(guān)V7、V8以及續(xù)流二極管VD7、VD8組成；V9和VD9為直流側(cè)開關(guān)，其主要作用是將直流側(cè)與諧振網(wǎng)絡(luò)和交流側(cè)隔離。在一定條件下，、產(chǎn)生諧振，并使兩端產(chǎn)生零電壓，此時(shí)，對(duì)三相橋功率開關(guān)進(jìn)行切換，便可實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)PWM控制。電流源型PWM整流器直流側(cè)采用電感進(jìn)行直流儲(chǔ)能，使CSR直流側(cè)呈現(xiàn)高阻抗的電流源特性，這是其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的最顯著特征。CSR通常有單相和三相兩種。CSR在交流側(cè)均增加了濾波電容，與網(wǎng)側(cè)電感組成LC濾波器，以濾除CSR網(wǎng)側(cè)諧波電流，并抑制CSR交流側(cè)諧波電壓。在CSR功率開關(guān)器件之路上需順向串聯(lián)二極管，以阻斷反向電流，提

34、高功率開關(guān)器件的耐反壓能力。2.3三相VSR一般數(shù)學(xué)模型 所謂三相VSR一般數(shù)學(xué)模型就是根據(jù)三相VSR拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在三相靜止坐標(biāo)系（a，b，c）中利用電路基本定律(基爾霍夫電壓、電流定律)對(duì)VSR所建立的一般數(shù)學(xué)描述。三相VSR拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2.9所示。針對(duì)三相VSR一般數(shù)學(xué)模型的建立，通常作以下假設(shè):（1）電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)為三相平穩(wěn)的純正弦波電動(dòng)勢(shì)（,）；（2）網(wǎng)側(cè)濾波電感L是線性的，且不考慮飽和； （3）功率開關(guān)損耗以電阻表示，即實(shí)際的功率開關(guān)可由理想開關(guān)與損耗電阻串聯(lián)等效表示；（4）為描述VSR能量的雙向傳輸，三相VSR其直流側(cè)負(fù)載由電阻和直流電動(dòng)勢(shì)串聯(lián)表示。圖2.9 三相VSR拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖根據(jù)三相

35、VSR特性分析需要，三相VSR一般數(shù)學(xué)模型的建立可采用以下兩種形式:（1）采用開關(guān)函數(shù)描述的一般數(shù)學(xué)模型；（2）采用占空比描述的一般數(shù)學(xué)模型。采用開關(guān)函數(shù)描述的一般數(shù)學(xué)模型是對(duì)VSR開關(guān)過(guò)程的精確描述，較適合于VSR的波形仿真。然而，采用開關(guān)函數(shù)描述的VSR一般數(shù)學(xué)模型由于包括了其開關(guān)過(guò)程的高頻分量，因而很難用于指導(dǎo)控制器設(shè)計(jì)。當(dāng)VSR開關(guān)頻率遠(yuǎn)高于電網(wǎng)基波頻率時(shí)，為簡(jiǎn)化VSR的一般數(shù)學(xué)描述，可忽略VSR開關(guān)函數(shù)描述模型中的高頻分量，即只考慮其中的低頻分量，從而獲得采用占空比描述的低頻數(shù)學(xué)模型。這種采用占空比描述的VSR低頻數(shù)學(xué)模型非常適合于控制系統(tǒng)分析，并可直接用于控制器設(shè)計(jì)4。但是，由于這

36、類模型略去了開關(guān)過(guò)程的高頻分量，因而不能進(jìn)行精確的動(dòng)態(tài)波形仿真?？傊?，采用開關(guān)函數(shù)描述的以及采用占空比描述的VSR一般數(shù)學(xué)模型在VSR控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)仿真中各自起著重要作用。常用后者對(duì)VSR控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后再用前者對(duì)VSR控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真，從而校驗(yàn)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的性能指標(biāo)。2.3.1采用開關(guān)函數(shù)描述的VSR一般數(shù)學(xué)模型 以三相VSR拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為例，如圖2.9所示，建立采用開關(guān)函數(shù)描述的VSR一般數(shù)學(xué)模型。當(dāng)直流電動(dòng)勢(shì)時(shí)，直流側(cè)為純電阻負(fù)載，此時(shí)三相VSR只能運(yùn)行于整流模式，當(dāng)時(shí)，三相VSR既可運(yùn)行于整流模式，又可運(yùn)行于有源逆變模式，當(dāng)運(yùn)行于有源逆變模式時(shí)，三相VSR將所發(fā)電能向電網(wǎng)側(cè)輸送，

37、有時(shí)也稱這種模式為再生發(fā)電模式；當(dāng)時(shí)，三相VSR也只能運(yùn)行于整流模式。 為分析方便，首先定義單極性二值邏輯開關(guān)函數(shù)為 將三相VSR功率管損耗等值電阻同交流濾波電感等值電阻合并，且令采用基爾霍夫電壓定建立三相VSR a相回路方程 （2.1）當(dāng)導(dǎo)通而關(guān)斷時(shí)，且；當(dāng)關(guān)斷而導(dǎo)通時(shí)，且，則式（2.1）可改寫為： （2.2） 同理： （2.3） （2.4）由于主電路為三相三線平衡系統(tǒng)，故 （2.5） （2.6） 聯(lián)立式（2.3）到式（2.6），可得： （2.7） 在圖2.9中，任何瞬間總有三個(gè)開關(guān)導(dǎo)通，其開關(guān)模式共有8種，因此，直流側(cè)電流可以描述為： （2.8）另外，對(duì)直流側(cè)電容正極節(jié)點(diǎn)處應(yīng)用基爾霍夫電流

38、定律，可得： （2.9）即： （2.10）聯(lián)立式（2.2）到（2.9），而且考慮引入狀態(tài)變量X，且X=，則采用單極性二值邏輯開關(guān)函數(shù)描述的三項(xiàng)VSR一般數(shù)學(xué)模型的狀態(tài)變量表達(dá)式為： ZX=AX+BE （2.11）其中 （2.12） （2.13） （2.14） （2.15）2.3.2采用占空比描述的VSR一般數(shù)學(xué)模型為消除開關(guān)函數(shù)描述的VSR一般數(shù)學(xué)模型中的高頻分量，在開關(guān)函數(shù)模型中引入傅里葉周期函數(shù)的傅里葉展開如下: （2.16）若三相VSR采用三角載波PWM控制，以自然采樣法生成PWM信號(hào)時(shí)，PWM開關(guān)函數(shù)波形如圖2.10a所示，可見在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，PWM波形不對(duì)稱。但當(dāng)開關(guān)頻率遠(yuǎn)高于電網(wǎng)

39、頻率時(shí)，可用規(guī)則采樣法代替自然采樣法。此時(shí)，在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，PWM開關(guān)函數(shù)波形如圖2.10b所示，顯然波形是對(duì)稱的。 圖2.10 PWM及開關(guān)函數(shù)波形a自然采樣法b規(guī)則采樣法 圖2.10中，其中為PWM開關(guān)頻率；為對(duì)應(yīng)相的PWM占空比，且。如圖2.10b所示，開關(guān)函數(shù)及占空比間的關(guān)系為 （2.17） （2.18） 由圖2.10及以上關(guān)系式表明：PWM占空比實(shí)際上是一個(gè)開關(guān)周期上開關(guān)函數(shù)的平均值，故 （2.19） （2.20） （2.21）顯然 （2.22）將式（2.21）、（2.22）代入（2.12）得 （2.23）式中 陣中的低頻分量 陣中的高頻分量并且 （2.24） （2.25） （2.

40、26） （2.27）與相對(duì)應(yīng)，狀態(tài)變量X可以分解為高頻分和低頻分量，即 （2.28）把式（2.28）代入式(2.11)得到基于占空比描述的三項(xiàng)VSR一般數(shù)學(xué)模型為 （2.29）其中低頻數(shù)學(xué)模型為 （2.30）高頻數(shù)學(xué)模型為 （2.31）顯然，若忽略式(2.29)模型中的高頻分量，就可獲得采用占空比描述的三相VSR低頻數(shù)學(xué)模型。顯然，這一低頻模型將有助于簡(jiǎn)化三相VSR控制系統(tǒng)的分析及設(shè)計(jì)。2.4基于兩相（靜止）坐標(biāo)系的數(shù)學(xué)模型三相系統(tǒng)向兩相系統(tǒng)變換時(shí)，存在，兩種變換方式，即分別為“等量”變換和“等功率”變換。而坐標(biāo)變換又是通用矢量分解等效的結(jié)果。三相物理量可以用一個(gè)空間旋轉(zhuǎn)矢量在三個(gè)靜止對(duì)稱軸（

41、，）上的投影來(lái)表示，這個(gè)旋轉(zhuǎn)矢量也就是通用矢量。而“等量”坐標(biāo)變換，是指某一坐標(biāo)系中的通用矢量與變換后的另一坐標(biāo)系中的通用矢量相等的坐標(biāo)變換?！暗裙β省弊儞Q是指坐標(biāo)變換前后功率相等的坐標(biāo)變換。在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)具體要求任意選用以上兩種坐標(biāo)變換，一般情況下，常選用“等量”坐標(biāo)變換，而在需要矩陣逆變換時(shí)，選用“等功率”坐標(biāo)變換。本文選用“等量”的坐標(biāo)變換。那么從三相靜止坐標(biāo)系到兩相靜止坐標(biāo)系的變換為： （2.32） 從兩相靜止坐標(biāo)到三相靜止坐標(biāo)的變換陣為： （2.33）使用變換矩陣，把式（2.33）變到坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型如下： （2.34）式中為坐標(biāo)系下單極性二值邏輯開關(guān)函數(shù)。2.5基于兩相d

42、q（同步）旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的數(shù)學(xué)模型圖2.11 電壓定向的穩(wěn)態(tài)矢量圖解假設(shè)坐標(biāo)的軸在初始時(shí)刻和電網(wǎng)電壓矢量重合，則靜止坐標(biāo)系與旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系之間的變換如圖2.11，具體轉(zhuǎn)換的表達(dá)式如下： （2.35） （2.36）其中。使用變換矩陣，把式（2.36）變到坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型如下： （2.37）其中，。3 PWM整流器的控制策略 整流器的控制目標(biāo)有兩個(gè)，一是對(duì)輸入電流的控制，這也是整流系統(tǒng)控制的關(guān)鍵所在，采用PWM整流器的使輸入電流波形正弦化；二是對(duì)輸出電壓的控制，對(duì)輸入電流的有效控制的實(shí)質(zhì)是對(duì)變換器能量流動(dòng)的有效控制，也就控制了輸出電壓?；谶@個(gè)觀點(diǎn)，可以將整流器的控制分成間接電流控制和直接電流控制兩大類

43、。 在PWM整流器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，一般采用電流內(nèi)環(huán)控制和電壓外環(huán)控制的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。其中，電流內(nèi)環(huán)的動(dòng)態(tài)性能直接影響電壓外環(huán)的控制性能。對(duì)于電流內(nèi)環(huán)來(lái)說(shuō)，其控制技術(shù)主要分為間接電流控制和直接電流控制兩大類。間接電流控制優(yōu)點(diǎn)在于控制簡(jiǎn)單，一般無(wú)需電流反饋控制，其主要問題在于PWM整流器電流動(dòng)態(tài)響應(yīng)不夠快，對(duì)系統(tǒng)參數(shù)變化較為敏感，適合于動(dòng)態(tài)響應(yīng)要求不高且控制結(jié)構(gòu)要求簡(jiǎn)單的應(yīng)用場(chǎng)合。直接電流控制以快速電流反饋控制為特征，如滯環(huán)電流控制、固定開關(guān)頻率電流控制、空間矢量電流控制等。直接電流控制可以獲得較高品質(zhì)的電流響應(yīng)，具有網(wǎng)側(cè)電流閉環(huán)控制，使網(wǎng)側(cè)電流動(dòng)、靜態(tài)性能得到了提高，同時(shí)也使網(wǎng)側(cè)電流控制對(duì)系統(tǒng)

44、參數(shù)不再敏感10。3.1PWM整流器的間接電流控制 在PWM整流器間接電流控制的諸多的方法中，幅相控制是其中的代表，幅相控制的特點(diǎn)是控制簡(jiǎn)單，無(wú)需電流反饋。但是，間接電流控制存在一些問題，諸如電流動(dòng)態(tài)響應(yīng)不夠快、對(duì)系統(tǒng)參數(shù)波動(dòng)較為敏感、交流側(cè)電流中含有直流分量等。因此，間接電流控制適用于控制結(jié)構(gòu)要求簡(jiǎn)單且動(dòng)態(tài)響應(yīng)要求不高的場(chǎng)合。PWM整流器間接電流控制技術(shù)的實(shí)質(zhì)是通過(guò)脈沖寬度調(diào)制方法，在PWM整流器的交流側(cè)生成幅值和相位均受控的正弦脈寬調(diào)制電壓。電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)與該電壓共同作用于PWM整流器交流側(cè)電感上，即可形成正弦基波電流，而電感將對(duì)諧波電流進(jìn)行濾除。這種電流控制方案之所以稱作間接電流控制，是因?yàn)?/p>

45、其原理是通過(guò)對(duì)電壓的控制來(lái)對(duì)電流進(jìn)行控制的。由于這種控制方式不需要交流電流傳感器，無(wú)需構(gòu)成電流閉環(huán)控制，所以是一種簡(jiǎn)單控制方案。間接電流控制框圖如圖3.1所示。圖3.1間接電流控制框圖PWM整流器的間接電流控制分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種控制方式。靜態(tài)間接電流控制主要依據(jù)三相交流側(cè)基波電流電壓矢量的靜態(tài)關(guān)系，求解相應(yīng)的控制算法。具體方法是從交流側(cè)靜態(tài)矢量關(guān)系中求出各相PWM信號(hào)時(shí)域表達(dá)式，并進(jìn)行PWM控制，實(shí)現(xiàn)靜態(tài)間接電流控制。理論上，當(dāng)三相平衡時(shí)，靜態(tài)間接電流控制能實(shí)現(xiàn)直流測(cè)電壓的無(wú)紋波控制。研究表明，采用這種控制算法時(shí)，網(wǎng)側(cè)高頻電流分量諧波幅值與直流電壓成正比，與開關(guān)角頻率、網(wǎng)側(cè)電感和諧波次數(shù)二次方

46、成反比，因此，適當(dāng)增大網(wǎng)側(cè)電感及提高開關(guān)頻率，均有利于抑制網(wǎng)側(cè)電流諧波。由于控制算法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，并且可以采用基于固定開關(guān)頻率的PWM控制，所以有利于降低功率開關(guān)器件損耗和應(yīng)力。而且，基于固定開關(guān)頻率的PWM控制可以方便交流電感的設(shè)計(jì)。但是其控制參數(shù)均與電路參數(shù)有關(guān)，當(dāng)電路參數(shù)變動(dòng)時(shí)，將引起控制偏差。同時(shí)，由于這些控制參數(shù)及控制算法均建立在靜態(tài)模型的基礎(chǔ)上，無(wú)法取得快速的動(dòng)態(tài)電流響應(yīng)。為克服這種方法的不足，在設(shè)計(jì)時(shí)，可以依據(jù)電壓、電流間的動(dòng)態(tài)關(guān)系，用矢量表達(dá)式進(jìn)行描述，從而使PWM整流器獲得盡可能快的動(dòng)態(tài)電流響應(yīng)。3.2PWM整流器的直接電流控制PWM整流器在兩相（d、q）同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模

47、型為： （3.1）可以看出,PWM整流器的（d、q）兩相之間存在強(qiáng)耦合作用發(fā)，給控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)造成一定困難。為此，需要采用前饋解耦控制.首先將上式中前兩行進(jìn)行調(diào)整,得到: （3.2）由于穩(wěn)態(tài)時(shí),和應(yīng)該是一個(gè)恒定的控制量,可以通過(guò)調(diào)節(jié)電流和得到,為了使其便于控制,將穩(wěn)態(tài)時(shí)的給定值和做如下定義: （3.3）將式（3.3）進(jìn)行拉式變換,得到: （3.4）所以,上式為一階慣性環(huán)節(jié),于是在PI調(diào)節(jié)器作用下,和可表示為: （3.5）將式（3.3）代入（3.2）,可以得到: （3.6）其中,和分別為電流內(nèi)環(huán)比例調(diào)劑增益和積分調(diào)節(jié)增益,和分別為電流指令值。將式(3.5)代入(3.6)可以得到: （3.7）將此式以框圖形式表示,可以得到電流前饋解耦算法框圖,如圖3.2所示。 圖3.2電流前饋解耦算法框圖將式（3.7）代入（3.2）