三相PWM整流器基于空间矢量的直接功率控制
张明莲[1] 杨雪峰[2]
（1徐州空军学院四站系航空电气教研室 江苏 徐州 221002）
（2中国矿业大学建筑设计研究院 徐州 221006）
摘要：本文介绍一种新型的三相电压型PWM整流器基于空间矢量调制的直接功率控制(DPC-SVPWM)，给出了基于虚磁链的功率估算式，设计了功率调节器参数，对有功功率调节器和无功调节器之间的相互耦合影响关系做了分析，并做了仿真研究。研究和分析表明，三相电压型PWM整流器基于空间矢量调制的直接功率控制系统具有结构和算法简单、高功率因数、低谐波、开关频率固定等优点。
关键词：PWM整流器；直接功率控制；虚磁链；空间矢量
Simple Direct Power Control of Three-Phase PWM Rectifier Using Space
–Vector Modulation (DPC-SVM)
ZHANG Ming-lian[1] YANG Xue-feng[2]
（1 The electric staff room of four stations,the air force martial eustitute of xuzhou） Abstract：This paper introduces a novel and simple direct power control of three-phase pulse
-width -modulated (PWM) rectifiers using space-vector modulation (DPC-SVM). The active and reactive powers are used as the pulse width modu -lated (PWM) control variables instead of the three-phase line currents being used.Moreover, line voltage sensors are replaced by a virtual flux estimator. The theoretical principle of this method is discussed. The results of DPC-SVM that
illustrate DPC -SVM exhibits several features, such as a simple algorithm, good dynamic response, constant switching frequency,and particularly it provides sinusoidal line current when supply voltage is not ideal.
Key words：PWM rectifier;Direct Power control ;Virtual_flux ;Space voltage 引言
与感应电机磁场定向的直接转矩控制相似，三相PWM整流器基于电压的直接功率控制(Voltage-based Direct Power Control，V-DPC) [1]和基于虚拟磁链定向的直接功率控制(Virtual- Flux-based Direct Power Control，VF-DPC) [2]是通过直接对整流器输入输出功率进行控制，即通过估算功率和给定功率的偏差来实时确定开关状态的选择，以实现整流器直流侧和网侧能量的平衡。V-DPC和VF-DPC都是采用功率滞环控制器实现PWM波形，开关周期的长度为功率误差?H从??H到??H然后再返回??H变化一周的时间，实际控制中?H的变换频率是一个时变量，因此开关频率也不固定。开关频率不固定会使整流器运行噪声增加，而且产生的电磁干扰频带宽，EMI问题难解决。基于这种情况，本文介绍一种新的基于空间矢量的直接功率控制（Direct Power Control Using Space Vector Modulation，DPC-SVPWM）
[34]，与V-DPC和VF-DPC系统相比，这种控制策略采用SVPWM代替开关逻辑状态选择，因此可以解决开关频率不固定的问题。
1、 虚磁链定向原则和整流器功率估算
1iosva1vb1vc1iLoadvaiavbibvcicLRVdc
图1 三相Boost型PWM整流器主电路拓扑
根据park变换在静止坐标系上的三相正弦电压va、vb、vc，在空间上可以等效成为一按正弦角频率?旋转的空间电压矢量vL，虚磁链矢量ψL是对vL的积分[2]，那么在空间上也是一按正弦角频率?旋转的矢量。所谓虚磁链定向就是在??_dq坐标系中令虚磁链矢量ψL与d轴重合，即ψL??Ld,?Lq?0，在??_dq坐标系中的各矢量关系如图2所示。
?vL?vLqvIvsvL?iLqiLiL?q?L?iL?vL?iLd?Ld?I??L?L??
图2 虚磁链参考坐标系和各矢量
运用复数定义，三相整流器瞬时有功功率p和瞬时无功功q率可以计算如下
??p?Re(vL?iL)???q?Im(vL?iL) （1）
式中iL为整流器网侧电流合成矢量，iL为iL的共轭。
vL?d?Lj?tddψL?(?Lej?t)?e?j??L （2） dtdtdtd?Ldt?0。则
当三相电网电压平衡对称且为正弦，且整流器桥臂入端电压也平衡对称时
vL?j?(?L??j?L?) （3）
式中，??、??为虚磁链矢量ψL的??轴分量。
LLvL?iL?j?(?L??j?L?)(iL??jiL?) （4）
式中，iL?、iL?为整流器交流侧电流合成矢量的??轴分量。 则有
?p??(?L?iL???L?iL?)?q??(?i??i) （5）
L?L?L?L??2、 DPC-SVM控制原理及框图
借鉴国外三相电压型PWM整流器直接功率控制研究现状[3][4]，DPC系统控制框图如图3所示，与VF-DPC控制系统不同之处在于采用了PWM空间矢量调制代替开关逻辑表。瞬时有功和无功功率估算值p和q与给定的pref和qref比较后输入PI调节器，得到整流器入端电压dq轴电压vsd和vsq，再经转旋-静止坐标变换可得???坐标系参考电压vs的???分量
vs?,vs?，然后利用空间矢量调制可得到PWM开关信号对整流器中的开关器件进行控制。
图3 控制框图（DPC-SVM）
3、 功率调节器参数的设计
由图1所示的虚磁链定向系统由于ψL??Ld,?Lq?0，则 ?vLq?Vm?? 0 ? v Ld （6）