基于空間矢量調(diào)制的直接功率控制pwm整流器研究
時(shí)建欣，焦振宏，董金寶，李林杰
（西北工業(yè)大學(xué)，陜西西安710072）
摘要：分析了pwivj整流器基于空間矢量調(diào)制的直接功率控制(dpc-svm)的原理，對(duì)三相控制系統(tǒng)的各個(gè)部分進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。該控制結(jié)構(gòu)為直流輸出電壓外環(huán)，功率控制內(nèi)環(huán)。利用iviatlab/simulink軟件建立系統(tǒng)模型進(jìn)行仿真研究，得到各個(gè)電氣骨的實(shí)時(shí)波形。仿真結(jié)果表明，該方法控制效果優(yōu)異，電流畸變小，具有良好的動(dòng)靜態(tài)性能，系統(tǒng)能夠很好地實(shí)現(xiàn)有功功率和無功功率的控制，同時(shí)確保輸入側(cè)功率因數(shù)為1，方案切實(shí)可行。
關(guān)鍵詞ipwm整流器：空間矢量調(diào)制：直接功率控制；仿真
中圖分類號(hào)：tm34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a 文章編號(hào)：1004-7018(2010)07-0060-03
0引言
pwm整流器因其交流側(cè)功率因數(shù)高、輸入電流偕波小、掛網(wǎng)為無污染綠色負(fù)載，是諧波抑制與無功補(bǔ)償方向的一個(gè)研究熱點(diǎn)。針對(duì)pwm整流器的控制策略，基于開關(guān)表的直接功率控制。雖然具有控制系統(tǒng)算法簡(jiǎn)單、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快的優(yōu)點(diǎn)，但是這種類似于電機(jī)控制領(lǐng)域的直接轉(zhuǎn)矩控制，存在開關(guān)頻率不固定的缺點(diǎn)，不利于濾波器的設(shè)計(jì)，而且直接功率功制（以下簡(jiǎn)稱dpc）控制要達(dá)到比較好的控制效果，需要較高的采樣頻率，這對(duì)控制器和a/d轉(zhuǎn)換器提出了更高的要求。
參考文獻(xiàn)[9]提出，無論是電壓矢量定向直接電流控制voc，還是直接功率控制dpc，在線電壓畸變的情況下都不能獲得良好的正弦線電流控制效果。只有基于虛擬磁鏈的直接功率控制，可以取得低諧波和線電流正弦化的控制效果，但同時(shí)指出，變化的開關(guān)頻率增加了輸入lc濾波器的設(shè)計(jì)；違背極性一致的控制率；滯環(huán)比較器需要較高的采樣頻率：需要快速的處理器和a/d轉(zhuǎn)換器。
基于以上原因，本文采用svm調(diào)制模塊取代開關(guān)表，介紹了基于虛擬磁鏈估計(jì)器取代電壓傳感器，利用空間矢量調(diào)制、開關(guān)頻率固定的直接功率控制( dpc-svm)。
1基于空間矢量調(diào)制的dpc原理
常規(guī)的dpc控制在一段時(shí)間內(nèi)只能從六種電壓矢量中選擇電壓矢量。當(dāng)有功功率p需要調(diào)整時(shí)，總是選擇電壓矢量所在區(qū)間相鄰的電壓矢量，這樣會(huì)導(dǎo)致電壓矢量在q軸i一的投影很小，使無功功率在這個(gè)電壓矢量區(qū)域失控，電流波形存在一定的畸變。解決這個(gè)問題的辦法是：利用空間電壓矢量可以產(chǎn)生任何方向電壓矢量的原理，基于當(dāng)前的網(wǎng)側(cè)電壓矢量的相位，計(jì)算產(chǎn)生一個(gè)至少和它相差一定角度的空間電壓矢量，保證這個(gè)電壓矢量在q軸上一定大小的投影，這樣既可以達(dá)到控制無功功率的目的，又能滿足控制有功功率的要求。這種控制策略就是空間矢量調(diào)制的直接功率控制( dpc svm)，又稱定頻直接功率控制�；谔摂M磁鏈的dpc-svm控制原理框圖如圖1所示。
由圖1可以看出，將虛擬磁鏈vf應(yīng)用于dpc控制，不需要測(cè)量電壓信號(hào)，只需測(cè)量?jī)上嚯娏餍盘?hào)，從而減少了傳感器的數(shù)量。采用功率內(nèi)環(huán)和電壓外環(huán)結(jié)構(gòu)控制，利用空間矢量調(diào)制svm模塊實(shí)現(xiàn)開關(guān)頻率固定。從圖中可以看出，將無功功率指令qref，設(shè)置為0，以實(shí)現(xiàn)單位功率運(yùn)行；有功功率指令值基于空間矢量調(diào)制的直接功率控制pwm整流器研究議糌走前prec由外環(huán)pi調(diào)節(jié)器輸出得到；然后分別將它們與vf輸出的q和p值比較，將偏差信號(hào)送入pi控制器后經(jīng)過坐標(biāo)變換得到電壓信號(hào)uα，和uβ，然后直接送人空間矢量調(diào)制模塊( svm)處理得到開關(guān)信號(hào)（空間矢量調(diào)制模塊svm工作原理不再詳述）。
用svm調(diào)制模塊取代傳統(tǒng)dpc控制中的滯環(huán)控制器和開關(guān)表，不使用非線性控制器，雖然結(jié)構(gòu)有所復(fù)雜，但是開關(guān)頻率同定，采樣頻率低，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)dpc控制的各種缺點(diǎn)。
2虛擬磁鏈估計(jì)器設(shè)計(jì)
通過虛擬磁鏈估計(jì)器來估計(jì)有功和無功功率，可以省去網(wǎng)側(cè)交流電壓傳感器，這樣既可以實(shí)現(xiàn)功率電路和控制電路的隔離，提高系統(tǒng)可靠性，又使電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化，降低了成本.
虛擬磁鏈的概念是由交流電機(jī)引出的，將交流側(cè)電源等效為一個(gè)虛擬的交流電機(jī)。其中，r、l代表了虛擬電機(jī)定子的電阻和漏感，而線電壓uab、ubc、uca可由虛擬 |
