三相電壓型PWM整流器控制技術的發展

李玲玉 盧秀和

摘 要：文章介紹了PWM整流器的主要控制技術，并對其各自的原理、特點進行了分析與總結。對其中的滯環電流控制、固定開關頻率PWM控制、預測電流控制、單周期控制、空間矢量PWM控制、直接功率控制技術進行比較，得出各種控制技術的優缺點。并綜合國內外發展現狀預測了控制技術未來的發展方向。

關鍵詞：PWM整流器；SVPWM算法；直接功率控制

中圖分類號：TM461 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）13-0164-02

Abstract： This paper introduces the main control technology of PWM rectifier， and analyzes and summarizes their respective principles and characteristics. The hysteresis current control， fixed switching frequency PWM control， predictive current control， single cycle control， space vector PWM control， direct power control technology are compared， and the advantages and disadvantages of various control techniques are obtained. The future development direction of control technology is forecast by synthesizing the present situation of development at home and abroad.

Keywords： PWM rectifier； SVPWM algorithm； direct power control

1 概述

PWM整流器由于其能夠控制網側功率因數和穩定直流側輸出電壓的優點而被廣泛應用。為改善系統的工作性能，減少電網諧波污染，提高能源的利用效率，國內外對于其控制技術的研究早已悄然展開。因控制技術對整流器的重要作用，本文介紹了PWM整流器的幾種主要控制技術的原理、特點。對比得出各種技術的優缺點，并結合國內外發展對以后的研究方向進行預測。

2 電壓型PWM整流器控制技術

對于目前普遍應用的電壓型PWM整流器，其性能的的實現要具有如下特點：一是能夠保證交流側電壓電流同相位，使整流器單位功率因數運行。二是可以穩定直流側母線電壓的輸出，維持中點點位平衡。國內外已有許多文獻提出了整流器的各種調制方法，文章簡要地介紹各種控制技術。

2.1 滯環電流控制

滯環電流控制的設計思路如圖1所示，其主要思想將獲取的指令電流值與采樣得到的實際電流值，經比較后輸出到滯環比較器產生PWM波形。優點是設計簡單、容易實現、魯棒性好，但同時存在開關頻率不固定等缺點。

2.2 固定開關頻率PWM控制

其設計理念是將采樣到的電流值與指令電流值做比例和限幅調節后進行三角調制，輸出寬度相同的脈沖波形，來控制開關的導通順序。原理如圖2，這種控制方法開關頻率固定，缺點是由于PI調節環節的引入導致電流動態響應速度變慢，無法實現對指令電流的準確定位及跟蹤。

2.3 預測電流控制

預測電流控制原理如圖3。根據預測未來的電流值來確定目前的實際工作狀態，進而控制輸出脈沖的波形，屬于先預判后動作。這種方法易于參數整定，但魯棒性較差。

2.4 單周期控制

單周期控制的重點是實現對占空比的調制。再通過相關的信號采集與計算，最終生成占空比符合要求的PWM波形，其原理如圖4。該控制技術開關頻率固定，且易于數字控制、魯棒性強。但缺點是動態響應較慢，靈敏度較差。

2.5 空間矢量PWM控制

空間矢量PWM控制的設計思路（如圖5）是經一系列的坐標變換與邏輯運算，主要實現的是實際電壓矢量對指令電壓矢量的無誤差跟蹤。這種控制方法使得直流側母線電壓利用率提高，但同時由于PI控制技術的引入，使系統的動態性能變慢。

2.6 直接功率控制

實現了對瞬時功率調制的直接功率控制是調制技術的一大突出進步（如圖6）。電壓控制外環輸出參考有功功率值。功率內環對檢測到的電流、電壓進行計算，得到以P、Q為變量的功率內環表達式。為保證整理器運行于單位功率，有功功率的給定值應為0。直接功率控制的優點是靈敏度高、魯棒性較強，缺點在于對開關表的設計過于復雜。

3 控制技術發展方向

文章對整流器的控制技術進行了系統的分析與綜述，相信隨著科技的不斷發展與進步，對控制技術的研究也將拓展到如下領域：

3.1 電網不平衡條件下控制技術的研究

由于在實際的應用中，三相電網電壓的不平衡會引起網側電流產生諧波，造成電網污染，因而對其的研究是必要的。

3.2 智能控制方法的研究

由于目前所研究的控制技術所要建立的系統完善的數學模型計算相對復雜，然而智能控制策略僅需建立電流波形為正弦的非機理模型，就可實現整流器單位功率運行。對智能技術的開發是切實可行的。

3.3 逆變控制策略和并網技術的研究

隨著新能源技術的開發與應用，逆變控制策略和并網技術將在不久的將來步入優秀控制技術的舞臺。

4 結束語

控制技術的發展是PWM整流器發展的關鍵，本文綜述了PWM整流器的主要控制技術，對其原理、特點及實現進行了比對，并結合國內外的發展現狀預測了以后控制技術的發展方向。相信隨著科技的進一步開發與應用，PWM整流器將得到更廣泛的應用。

參考文獻：

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