1、青島大學碩士學位論文三相電壓型PWM整流器控制策略研究姓名：劉釗申請學位級別：碩士專業：控制理論與控制工程指導教師：趙克友20080607摘要摘要傳統的整流裝置是電網污染的主要來源，三相電壓型整流器具有輸出電壓恒定、實現單位功率因數運行的特點，并可以實現電能回饋電網。本文主要研究三相電壓型整流器，包括三相電壓型整流器原理、拓撲結構、數學模型及控制策略。建立數學模型是研究三相整流器的有效手段。分別在三相靜止坐標系、兩相靜止坐標系和兩相旋轉坐標系下建立數學模型。本文研究了整流器電壓矢量定向控制和直接功率控制這兩種控制策略，并對電網電壓不平衡時三相整流器控制策略進行了探討。電壓矢量定向控制包括間接電

2、流控制和直接電流控制，本文分別介紹了它們的原理，并建立了控制系統仿真模型以驗證策略的正確性。直接功率控制的主要特點是結構簡單、動態響應快、抗干擾性能好。本文介紹了瞬時功率和虛擬磁鏈的概念、直接功率控制原理及不定頻直接功率控制和定頻直接功率控制兩種方法。傳統不定頻直接功率控制開關狀態表使無功功率控制效果差，交流側電流畸變大，針對這一不足提出了改進的開關狀態表。仿真結果驗證了改進方法的有效性。本文提出一種計算算法開關作用時間的簡便方法，應用于定頻直接功率控制中效果良好。當電網電壓不平衡時，會嚴重影響三相電壓型整流器的工作，甚至會使系統崩潰。本文介紹了電壓不平衡時整流器控制策略，研究了抑制直流輸出電

3、壓諧波的方法并建立了仿真模型。研究成果分別發表于青島大學學報（工程技術版）、第一屆分布式發電系統中的電力電子技術國際研討會（中國合肥，）。論文各章節主要內容如下：第一章對整流器的發展作了綜述。第二章敘述了三相電壓型整流器原理，利用仿真軟件建立仿真模型；介紹了電壓矢量定向控制策略，分別討論了間接電流控制和直接電流控制。第三章介紹了直接功率控制策略，包括不定頻直接功率控制和定頻直接功率控制兩種控制方法。改進了不定頻直接功率控制的開關表和定頻直接功率控制中的算法，并通過仿真實驗加以驗證。第四章介紹了電網電壓不平衡時三相電壓型整流器的控制策略。第五章總結全文工作，并提出下一步繼續研究的問題。關鍵詞：整

4、流器；電壓定向控制；直接功率控制；虛擬磁鏈；電壓不平衡控制。，矗；，（、（，）：；，青島大學碩士學位論文：，：；坐標系筇坐標系由坐標系，。，毛，屯曲。，。，鋤鋤，縐口叩叩妒。，白，略；筇易妒荔羅；出，出【】，術語、符號及縮略語術語、符號及縮略語：電壓源整流器：脈寬調制：空間矢量脈寬調制：直接功率控制：三相靜止坐標系：兩相靜止坐標系：兩相（同步）旋轉坐標系：口坐標系下電網電壓向量：口坐標系下網側電流向量：口坐標系下功率器件開關函數向量：筇坐標系下電網電壓向量：筇坐標系下網側電流向量：筇坐標系下整流器橋臂電壓向量：筇坐標系下虛擬磁鏈向量：匆坐標系下電網電壓向量：砌坐標系下網側電流向量：筇坐標系下電

5、網，序電壓向量（，正，負）：筇坐標系下網側，序電流向量（，正，負）：筇坐標系下虛擬，序磁鏈向量（，負）：直流側電源電壓：直流母線輸出電壓：直流母線點與電源中線點間的電壓：分量皆為的三維向量：網側電阻：網側電感：直流側電容：直流側負載電阻：有功功率風吼青島大學碩士學位論文無功功率平均有功功率平均無功功率有功功率余弦二次諧波幅值有功功率正弦二次諧波幅值無功功率余弦二次諧波幅值無功功率正弦二次諧波幅值學位論文獨創性聲明、學位論文知識產權權屬聲明學位論文獨創性聲明本人聲明，所呈交的學位論文系本人在導師指導下所取得的研究成果。凡文中涉及到非本人成果均已標注出處或得到許可，此外不再包含其他個人或集體已經發

6、表或撰寫過的科研成果，也不包含本人已用于申請其他學位的論文內容或成果。本人如違反上述聲明，愿意承擔由此引發的一切責任和后果。論文作者簽名：叫字日期：？年月，日學位論文知識產權權屬聲明本人在導師指導下所完成的學位論文及相關的職務作品，知識產權歸屬學校。學校享有以任何方式發表、復制、公開閱覽、借閱以及申請專利等權利。本人離校后發表或使用該學位論文內容或與該論文直接相關的成果時，署名單位仍然為青島大學。本學位論文屬于：保密口，在年解密后適用于本聲明。不保密囪。（請在以上方框內打“）論文作者簽名：糾導師簽名：只一龜日期己；年月，汨日期：，礬月日（本聲明的版權歸青島大學所有，未經許可，任何單位及任何個人

7、不得擅自使用。）第一章緒論第一章緒論課題背景許多工程系統需要用到直流電源，如通訊、發電機勵磁、電力操作、電力拖動以及消費電器等，過去的旋轉直流電源也漸改為現在的靜止電源，即整流器。隨著功率開關器件性能不斷提高，微處理器以及控制技術的發展，促使整流器技術快速提升。功率開關器件從早期使用的半控型功率半導體開關，如普通晶閘管（）發展到如今性能各異且類型諸多的全控型功率開關，如雙極型晶體管（）、門極關斷晶閘管（）、絕緣柵雙極型晶體管（）、集成門極換向晶閘管）、功率場效應晶體管（）及場控晶閘管（）等。世紀年代發展起來的智能功率模塊（）貝開創了功率半導體開關器件新的發展方向。功率半導體開關器件技術的進步，

8、促進了電力電子變流裝置技術的迅速發展，出現了以脈寬調（）控制為基礎的各類變流裝置，如變頻器、逆變電源、高頻開關電源以及各類特種變流器等，這些變流裝置在國民經濟各領域中取得了廣泛應用。但是，目前這些變流裝置很大一部分需要整流環節以獲得直流電壓，由于常規整流采用了二極管不可控整流電路或晶閘管相控整流電路，造成網側電流畸變與滯后，這是諧波污染和無功消耗的根源。實現變流裝置網側電流正弦化且運行于單位功率因數是根治上述弊病的根本，現代整流器（又稱單位功率因數整流器（）【】）實現網側電流正弦化且可運行于單位功率因數。數字信號處理器（）的發展，使整流器控制系統可以將更為復雜的算法編程實現，很大程度提高了控制

9、效果，且系統更為穩定。近十幾年來，各種整流器控制策略不斷出現，提出了多種新穎且易于實現的算法，提高了整流器的功率因數，增強了系統的穩定性。經過幾十年的研究與發展，整流器技術已日趨成熟。整流器主電路從早期的半控型器件橋路發展到如今的全控型器件橋路；其拓撲結構已從單相、三相電路發展到多相組合及多電平拓撲電路；開關控制由單純的硬開關調制發展到軟開關調制：功率等級從千瓦級發展到兆瓦級，而主電路既有電壓源型整流器（），也有電流源型整流器（），兩者在工業上均成功地投入應用。由于整流器實現了網側電流正弦化且運行于單位功率因數，甚至能量可雙向傳輸，因而真正實現了“綠色電能變換”。由于整流器網側呈現出受控電流源

10、特性，因而這一特性使整流器及其控制技術獲得進一步的發展和拓寬，并取得了更為廣泛和更為重要的應用，如靜止無功補償、有源電力濾波、統一潮流控制、超導儲能、高壓直流輸電、電氣傳動、新型以及太陽能、風能等可再生能源的并網發電等。青島大學碩士學位論文整流器的發展自世紀年代以來，整流器一直是學術界關注和研究的熱點。隨著研究的深入，基于整流器拓撲結構及控制的拓展，相關的應用研究也發展起來，如靜止無功補償（）、有源濾波器（）圓、。超導儲能（）【】、電氣傳動（）【、高壓直流輸電（）【】以及統一潮流控制（）【】等，這些應用技術的研究，又促進了整流器及其控制技術的進步和完善。這一時期整流器的研究主要集中于以下幾個方

11、面：整流器的建模與分析；）整流器的電流控制策略；）主電路拓撲結構研究；）系統控制策略研究：）電流源型整流器研究。具體簡述如下：整流器數學模型的研究整流器數學模型是整流器及其控制技術研究的基礎。自等提出了基丁坐標變換的整流器連續、離散動態數學模型之后，各國學者以不同方法從各方面對整流器的數學模型進行了深入仔細的研究，其中、等【】較為系統地建立整流器的時域模型，并將時域模型分解成高頻、低頻模型，且給出了相應的時城解。而和等利用局部電路的砌坐標變換建立了整流器基于變壓器的低頻等效模型電路，并給出了穩態、動態特性分析。在此基礎等人又建立了一種新穎的降階小信號模型，從而簡化了整流器的數學模型及特性分析【

12、。整流器電流控制策略的研究為了使電壓型整流器網側呈現受控電流源特性，其網側電流控制策略的研究顯得十分重要。在整流器技術發展過程中，電壓型整流器網側電流控制策略主要分成兩類：一類是由和首先提出的“間接電流控制【“】策略；另一類就是目前占主導地位的“直接電流控韋”策略?！伴g接電流控制”實際上就是所謂的“幅相電流控制，即通過控制電壓型整流器的交流側電壓基波幅值、相位，進而間接控制其網側電流。由于“間接電流控制”其網側電流的動態響應慢，且對系統參數變化靈敏，因此這種控制策略已逐步被“直接電流控制”策路所取代?！爸苯与娏骺刂啤辈呗砸云淇焖俚碾娏黜憫汪敯粜允艿搅藢W術界的關注，并先后研究出各種不同的控制方

13、案，主要包括以固定開關頻率且采用電網電動勢前饋的控制以及以快速電流跟蹤為特征的滯環電流控制【等。為了提高電壓利用率并降低損耗，基于空間矢量的控制在電壓型整流器電流控制中取得了廣泛應用【垮】。目前，電壓型整流器網側電流控制有將固定開關頻率、滯環及空間矢量控制相結合的趨勢【】，以使其在大功率有源濾波等需快速電流響應場合獲得優越的性能。此外，在具體的控制策略上還相繼提出了狀態反饋控制等。整流器拓撲結構的研究第一章緒論就整流器拓撲結構而言，可分為電流型和電壓型兩大類。而對于不同功率等級以及不同的用途，人們研究了各種不同的整流器拓撲結構。在小功率應用場合，整流器拓撲結構的研究主要集中在減少功率開關和改進

14、直流輸出性能上。對于大功率整流器，其拓撲結構的研究主要集中在多電平拓撲結構、交流器組合以及軟開關技術上。多電平拓撲結構的整流器主要應用于高壓大容量場合。而對大電流應用場合，常采用變流器組合拓撲結構，即將獨立的電流型整流器進行并聯組合。此外，在大功率整流器設計上，還研究了基于軟開關（，）控制的拓撲結構和相應的控制策略。整流器其他新穎控制策略的研究（）無電網電動勢傳感器及無網側電流傳感器控制為進一步簡化電壓型整流器的信號檢測，等學者提出了一種無電網電動勢傳感器的整流器控制策略【。隨后等人也提出了類似的研究報告。這一研究主要包括兩類電網電動勢的重構方案：其一是通過復功率的估計來重構電網電動勢；其二是

15、基于網側電流偏差調節的電網電動勢重構。前者是一種開環估計算法，因而精度不高，并且在復功率估計算法中由于含有微分項，因而容易引入干擾；而后者則是一種閉環估計算法，它采用網側電流偏差的調節來控制電網電動勢的重構誤差，因而精度較高。另外，貝，通過直流側電流的檢測來重構電壓型逆變器的交流側電流，從而為無交流電流傳感器的整流器研究莫定了基礎。（）基于穩定性理論的整流器控制針對具有非線性多變量藕合特性的電壓型整流器模型，常規的控制策略及其控制器設計一般采用穩態工作點小信號擾動線性化整定方案，這種方案不足之處在于無法保證控制系統大范圍擾動的穩定性。為此，等學者提出了基于穩定性理論的控制策略。這一新穎的控制方

16、案以電感、電容儲能的定量關系建立了函數，并由三相整流器的砌模型以及相應的空間矢量約束條件，推導出相關的控制算法。從相關實驗結果來看，這一方案較好地解決了整流器的大范圍穩定控制問題。隨后，等又針對單相電壓型整流器控制方案進行了系統研究。（）整流器的時間最優控制常規的基于砌模型的電壓型整流器控制一般通過前饋解耦控制，并采用兩個獨立的調節器分別控制相應的有功、無功分量：而有功、無功分量問的動態耦合以及電壓利用率的約束，影響了電壓型整流器有功分量（直流電壓）的動態響應。針對這一問題，等學者利用最優控制理論提出了確保直流電壓響應的時間最優控制【。其基本思路就是根據時間最優控制算法求解出跟蹤青島大學碩士學

17、位論文指令電流所需的最優控制電壓，并在動態過程中降低相應無功分量的響應速度，從而有效地提高了有功分量（直流電壓）的動態響應速度，實現了三相電壓型整流器直流電壓的時間最優控制。（）電網不平衡條件下整流器的控制策略在三相整流器控制策略研究過程中，一般均假設三相電網是平衡的。而實際上，三相電網常處于不平衡狀態，即相電壓的幅值、相位不對稱。一旦電網不平衡，基于平衡電網的三相整流器就會出現不正常的運行狀態，主要表現在：整流器直流側電壓和網側電流的低次諧波幅值增大，且產生非特征諧波，同時損耗相應增大，嚴重時可使整流器發生故障，甚至燒壞裝置。為了使整流器在電網不平衡條件下仍能正常運行，等學者于年提出研究報告

18、，分析并推導了三相電壓型整流器在三相電網不平衡條件下網側電流以及直流電壓時域表達式，并指出，電網負序分量是導致網側電流畸變的根源；然而，并沒有從控制策略上加以改進，而只是提出了電網不平衡條件下電壓型整流器嘲側電感、直流側電容的設計準則。為此，等人較為系統地提出了正序砌坐標系中的前饋控制策略，即通過負序分量的前饋控制來抑制電網負序分量對整流器控制的影響。但這一方案使正序砌坐標系中的負序基波分量呈現出次諧波形式，顯然采用調節器則無法獲得負序基波分量的無靜差控制，因此不能完全消除負序基波分量的影響。作為改進研究，等學者提出了一種采用正序、負序兩套同步旋轉坐標系的獨立控制方案，該方案在各自的同步旋轉坐

19、標系中，將正序、負序基波分量均轉換成直流分量，從而通過調節器即可實現無靜差控制，因此，這是一個理論上較為完善的控制方案，該方案不足之處就是控制結構復雜，且在線運算工作量大，一般需采用雙數字信號處理器（）控制。整流器的分類及拓撲結構整流器的分類隨著整流器技術的發展，已設計出多種整流器，分類如下：按直流側儲能形式分為電壓型整流器和電流性整流器；按電網相數分為單相電路、三相電路和多相電路；按開關調制分為硬開關調制和軟開關調制；按橋路結構分為半橋和全橋電路；按調制電平分為二電平電路、三電平電路和多電平電路。，盡管分類方法多種多樣，但最基本的方法就是分為電壓型整流器（）和電流型整流器（）。主要是因為它們

20、在主電路結構、信號發生及控制策略等方面有各自的特點，并且兩者在電路上存在對偶性。第一章緒論圖給出了三相整流器拓撲結構，其中電壓型（）與電流型（）的主要點不同在于直流側儲能方式，前者采用電容儲能，從而使直流側呈低阻抗的電壓源特性，而后者采用電感儲能，從而使直流側呈電流源特性。電壓型與電流型各有優缺點適應不同場合，相比之下，電流型需加裝交流側濾波環節，使其結構和控制相對復雜化】。電壓型整流器圖電流型整流器整流器拓撲結構整流器的拓撲結構以下給出了電壓型整流器常用的拓撲結構。單相全橋主電路功率開關管必須反并聯一個續流二極管，以緩沖過程中的無功電能。單相電路拓撲如圖所示。）曩單相半橋電路單相全橋電路圖單

21、相整流器拓撲結構單相半橋具有簡單的主電路結構，且功率開關管數只有全橋電路的一半，因而造價相對較低，常用于低成本、小功率場合。在相同的交流側電路參數條件下，要使單相半橋以及單相全橋獲得相同的交流側電流控制特性，半橋電路直流電壓應是全橋電路直流電壓的兩倍，因此功率開關管耐壓要求相對提高。另外，為使半橋電路電容中點電位基本不變，還需引入電容均壓控制，所以單相半橋的控制相對復雜。三相半橋（圖）較適用于三相電網平衡系統。當三相電網不平衡時，青島大學碩士學位論文其控制性能將惡化，甚至發生故障。為克服這一不足，可采用三相全橋設計。三相全橋實際上是由三個獨立的單相全橋組合而成，當電網不平衡時，不會嚴重影響整流

22、器控制性能。但由于三相全橋電路所需的功率開關管是三相半橋電路的一倍，因而三相全橋電路一般較少使用。其中三相半橋是應用最為廣泛的一種，其功能也較多，很多成熟的商業化產品均采用此種結構。三相半橋電路圖三相全橋電路圖三相整流器拓撲結構以上所述拓撲結構屬常規的二電平拓撲結構。這種拓撲結構的不足之處在于，當其應用于高壓場合時，需要使用高反壓的功率開關管或將多個功率開關管串聯使用。此外，由于交流側輸出電壓總在兩電平上切換，當開關頻率不高時，將導致諧波含量相對較大。為解決這些問題，設計了具有中點鉗位的三電平拓撲結構（圖）。這種拓撲結構中，由多個功率開關管串聯使用，并使用二極管鉗位，以獲得交流輸出電壓的三電平

23、調制。顯然，三電平在提供耐壓等級的同時，有效地降低了交流諧波電壓、電流。從而改善了其網側波形品質。但是，三電平電路所需功率開關管與二電平電路時相比成倍增加，并且控制也相對復雜，這是這種電路的不足之處。另外，為了更好地適應高壓大功率應用，并降低交流輸出電壓諧波，近年來還設計出采用多個二極管鉗位的多電平拓撲結構。圖三電平電路研究內容與章節安排整流器從電路拓撲及功能上屬于變換器，在工業及民用領域都有第一章緒論著廣泛的應用，本論文主要研究電壓型整流器及其控制策略。第二章介紹了三相電壓源整流器基礎。詳細論述了三相電壓源整流器的一般數學模型及筇坐標系和砌坐標系下的模型，介紹了整流器的電流控制策略并搭建了仿

24、真平臺。第三章詳細論述了直接功率控制策略，包括不定頻直接功率控制和定頻直接功率控制。針對兩種控制方法的不足，分別提出改進策略，并通過仿真實驗加以驗證。第四章討論了電網電壓不平衡時整流器控制策略。定量分析了電網電壓不平衡對整流器的相關影響，并研究了降低整流器直流側電壓諧波的控制策略。第五章總結全文工作，并提出下一步繼續研究的問題。第二章三相電壓源整流器基礎第二章三相電壓源整流器基礎本章敘述三相電壓源整流器有關基礎，首先敘述其在三相靜止坐標系（記以）、兩相靜止坐標系（記以筇）和兩相旋轉坐標系（記以由）下動態數學模型和仿真模型，其次研究電流控制策略，最后搭建系統仿真平臺。原理與數學描述原理與框圖從電

25、力電子技術發展來看，整流器是較早應用的一種變換裝置。整流器的發展經歷了由不控整流器（二極管整流）、相控整流器（晶閘管整流）到整流器（可關斷功率開關）的發展歷程。傳統的相控整流器，雖然應用時間較長，技術也較成熟，但仍然存在以下問題：晶閘管換流引起網側電壓波形畸變網側諧波電流對電網產生諧波“污染”深控時網側功率因數降低閉環控制時動態響應較慢針對上述不足，整流器對傳統的整流器進行了全面改進。其關鍵性改進在于用全控型功率開關取代了半控型功率開關，以整流取代了相控整流或不控整流。因此，整流器取得以下優良性能：網側電流為正弦波。網側功率因數控制（如單位功率因數）電能雙向傳輸較快的動態控制響應整流器已不是一

26、般傳統意義上的變換器。由于電能的雙向傳輸，當整流器從電網吸取電能時，其運行于整流工作狀態；而當整流器向電網傳輸電能時，其運行于有源逆變工作狀態。所謂單位功率因數是指：當整流器運行于整流狀態時，網側電壓、電流同相；當整流器運行于有源逆變狀態時，其網側電壓、電流反相。由于整流器其網側電流及功率因數均可控，因而可被推廣應用于有源電力濾波及無功補償等非整流器應用場合。所謂三相一般數學模型就是根據三相拓撲結構，在三相靜止坐標系億，）中利用電路基本定律建立的一般數學描述。三相電壓源整流器（）拓撲結構如圖所示。青島大學碩士學位論文江培網側，出霉乓本口丘（）弋詵（芻纓叫種丟冬縷）足），嘭、圖三相拓撲結構其中。

27、，。為網側電動勢源，三，為網側電感與電阻，為功率管損耗等值電阻與交流濾波電感等值的合并電阻，為直流側電容與負載電阻，口出為直流側電動勢源，單極性二值邏輯開關函數。為。：蘭篇篇七口，上橋臂關斷，下橋臂導通叫一，。當出或，出時，運行于整流模式；當出時，可運行于有源逆變模式（此時小所發電能反向輸入電網）。數學描述【】對三相一般數學模型，通常作以下假設：（）電網電動勢為三相平穩的正弦波（。，。）；（）網側濾波電感三。是線性的，且不考慮飽和。（）實際的功率開關損耗可由理想開關與損耗電阻串聯等效表示；（）為描述能量的雙向傳輸，三相直流側負載由電阻和直流電勢。，串聯表示。根據三相特性分析需要，三相一般數學模

28、型的建立可采用以下兩種形式：（）采用開關函數描述的一般數學模型；（）采用占空比描述的一般數學模型。采用開關函數描述的一般數學模型是對開關過程的精確描述，較適合于的波形仿真。然而，采用開關函數描述的一般數學模型由于包括了其開關過程的高頻分量，因而很難用于指導控制器設計。當開關頻率遠高于電剛基波頻率時，為簡化的一般數學描述，可忽略開關函數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學模型。這種采用占空比描述的低頻數學模型非常適合于第二章三相電壓源整流器基礎控制系統分析，并司直接用于控制器設計。但是，由于這類模型略去了開關過程的高頻分量，因而不能進行精確的動態波形仿真

29、。采用開關函數描述的以及采用占空比描述的一般數學模型在控制系統設計和系統仿真中各自起著重要作用。用后者對控制系統進行設計，然后再用前者對控制系統進行仿真，從而校驗控制系統設計的性能指標。將基爾霍夫電壓定律用于圖中的相回路，則有電路方程三，譬足屯巳一（¨州）橋臂導通時，洲。一（）可等價地寫為（）其中，出。，即當相上橋臂導通而下橋臂關斷時，州如，當上橋臂關斷而下厶罷尺。屯巳一出）同理，可得相、相電路方程如下：（）厶罷譬。一（么。加）厶罷。巳一（。）對三相平衡電網而言，由于。；屯屯（）（）一（）聯立式一（）一（），可得，枷一導直流側電流為匕。另外，對直流側電容處應用基爾霍夫電流定律，得一（

30、）一（）以輯一警（）將式一（）一（）寫成緊湊的矩陣形式，可得在坐標系下的動態描述：警坻鏟（【警幺孚（。）其中，幽分別為網側三相電壓與電流向量（單個下標為相分量），出分別為外電源電壓與輸出母線電壓，咖?！繛殚_關函數向量（共個狀態），一青島大學碩士學位論文為直流輸出側點與電源中線點間的電壓，當三相電源對稱平衡且無中線時，一，此處幽【】。與系統一（）相對應的仿真模型如圖所示。利用“等功率”變換矩陣，筇廣可以建立一個向量在坐悖嶇礦礦（）【亟易叩由旋轉變換矩陣丁（研）：一吼研可以建立一個向量在筇坐標系與由，掰坐標系（角速度為國兩相旋轉坐標系）間的關系，如矽啦）口幽，于是由一（）“棚礎、，助吼出絲出一喝監

31、其中反對稱陣，？：。與系（）相對應的仿真模型如圖所示。一（）、一（）中各電向量皆為電網同步頻率國的交流量；若由坐標系以電網同步頻率緲反時針旋轉時，則一（）中各電向量成為直流。第二章三相電壓源整流器基礎圖（口，）坐標系下三相模型圖（，）坐標系下三相模型典型整流器控制以上討論了三相模型的建立，對三相交流對稱系統，若只考慮交流基波分量，則穩態時砌模型的、分量均為直流變量；另一方面，適當選?。ǖ叮┳鴺讼党跏紖⒖驾S方向，如軸與電網電動勢矢量重合，則軸表示有功分量參考軸，而口軸表示無功分量參考軸，從而有利于三相網側有功、無功分量的獨立控制。在三相控制系統設計中，一般采用雙閉環控制，即電壓外環和電流內環。電

32、壓外環的作用主要是控制三相直流側電壓，而電流內環的作用主要是按電壓外環輸出的電流指令進行電流控制，如實現單位功率因數、正弦波電流控制。：電流內環。三相在（正）坐標系下模型可以描述為臥心上囂尉倒一材）（十材川，一（）一，屯出式中擴。為電網電動勢矢量的、分；蚴、，為整流器橋臂輸入電壓矢量的、分量；、為交流側電流矢量的、分量；為微分算子。設（，）坐標系中軸與電網電壓電動勢矢量重合，則電網電壓電動勢矢量軸分量。從式一（）可以看出，由于、軸變量互相耦合，可采用前饋控制策略，當電流調節器采用調節器時，、材。的控制方程如下“一（玉！生）（一）毗。乞一（）一（）一（睇粵）（一）一，白青島大學碩十學位論文式中”

33、盯為電流環比例調節增益和積分調節增益：、為電流指令值。將式一（）代入式一（）得幻臥一。爭一，瀘爭，乏一。，、，、。瀘：。上式說明前饋控制算法使三相電流內環易、實現了解耦控制。電壓外環電壓外環控制的目的是為了穩定直流側電壓。令三相電網基波電動勢為（）。（一。）一（）【。厶（。）為簡化控制系統設計，當開關頻率遠高于電網電動勢基波頻率時，可忽略。（一）（一。）一（）【。（，。）對單位功率因數正弦波電流控制，三相網側電流為（）（一。）一（）【（。）三相直流側電流屯可由開關函數描述如下：出。一（）出。一（）設電流環（）（）。是一時變環節，這給電壓環設計帶來諧波分量，即只考慮開關函數。（口，）的低頻分量，

34、則一（）、一（）代入一（）得困難，為此將該環節最大比例增益取值代替，即以取代該環節。為簡化控制結構，將電壓采樣小慣性時間常數與電流內環等效小時間常數合并，即乙，且不考慮負載電流：擾動，簡化后電壓環控制結構如圖。第二章三相電壓源整流器基礎圖三相電壓環簡化結構由于電壓外環主要控制作用是穩定三相直流電壓，故控制系統整定時，應重點考慮電壓環的抗干擾性能。按典型型系統設計電壓調節器，電壓環開環傳遞函數為哪）粼一二一，。（）由此得電壓環中頻寬，咒。由典型型系統控制器參數整定關系得瞄】彰砭工程上取中頻寬。，瓦乙（，）：笠。【（，）電流控制策略對三相建模及控制系統的分析研究表明：在穩定直流側電壓的工作同時，實

35、現其交流側在受控功率因數（如單位功率因數）條件下的正弦波電流控制。另一方面，控制系統一般采用雙閉環控制即電壓外環和電流內環控制。雙閉環控制系統設計中，電流控制動態性能直接影響電壓外環控制性能。電流控制技術主要分為兩大類，即間接電流控制和直接電流控制。間接電流控制主要以“相幅控制”（）】為代表。間接電流控制優點在于控制簡單，一般無需電流反饋控制。間接電流控制的主要問題在于電流動態響應不夠快，甚至交流側電流中含有直流分量，且對系統參數波動較敏感，因而常用于對動態響應要求不高且控制結構要求簡單時的應用場合。相對于間接電流控制，直接電流控制以快速電流反饋控制為特征，如滯環電流控制【】、固定開關頻率電流

36、控制【引、空間矢量電流控￥。這類直接電流控制可以獲得較高品質的電流響應。間接電流控制【】間接電流控制技術實質上是通過控制，在橋路交流側生成幅值、相位受控的正弦基波電壓。該基波電壓與電網電動勢共同作用于交流側，并在青島大學碩士學位論文交流側形成正弦基波電流，同時還可穩定直流側電壓。由于這種電流控制方案通過直接控制交流側電壓進而達到控制交流側電流的目的，因而是一種間接電流控制方式。這種間接電流控制由于無需設置交流電流傳感器以構成電流閉環控制，因而是一種簡單控制方案。三相間接電流控制，主要是依據三相交流側基波電流電壓的關系，求解相應的算法。圖表示復平面上三相交流側基波電壓矢量礦、電感基波電壓矢量”、

37、電流矢量以及電網電動勢的靜態關系。掃礦產川葑？晦憚僦，生圖三相交流側矢量關系圖三相控制波形圖中，矢量與間的相角為妒；矢量與間的相角為，。根據基爾霍夫定律有一吒一，一（）由圖中矢量關系，以口相電網電動勢為參考，得三相交流電網相電動勢。（）、口相基波電壓。（）、交流側口相基波電流。（）時域表達式（）已心），（）圪（）【（）（伊）一（）式中。為三相電網電動勢峰值，吃為三相交流側基波電壓峰值，。為三相交流側基波電流峰值。二（伊）。（）一（）一（妒。緲）。式中為三相交流側每相感抗。一（）、一（）表明：當三相交流側參數尺。、墨已知，可根據所要求的三相網側電流峰值。及相角計算出三相交流側基波電壓矢量的口、口

38、分量，從而獲得三相間接電流控制時的控制算法，最終通過控制實現三相間接電流控制?？刂撇ㄐ稳鐖D所示。次二器壓變步同用采以可量變第二章三相電壓源整流器基礎圖中，（）、材。（，）分別表示三角載波和口相正弦調制信號。圖表示三相相交流側相對直流電壓中點的相電壓波形，其脈沖波幅值為±出。當開關頻率足夠高時，可忽略交流側諧波電壓，而交流側電壓的基波分量就是間接電流控制的直接控制量。設口相對應的正弦波調制信號為“。（）。（一）。蘆則與相交流側對應的基波電壓表達式為屹三靜咐；（）吉缸【枷式中。為正弦調制信號峰值，為三角載波信號峰值（。）。顯然，口相調制信號時域表達式為吒（）：（）：（）出類似計算可求出、相信號衲（）、。（）表達式。以上分析表明：若能從三相交流側矢量關系中，求出各相信號時域表達式，并進行控制，就可以實現三相間接電流控制。由，。（，）并比較式一（）、一（）得。），一（）一（）二石去。斧二，盧去；芋。二一（）二一厶了，顯然式一（）、式一（）給出了三相相交流基波電壓的控制算法。要實現三相間接電流控制，關鍵在于由三相交流電流矢量指令（、）并通過簡單的控制運算，獲得三相的調制信號。、“柏、甜。通過三相直流電壓反饋控制產生所需電流