三相电压型PWM整流器控制技术的发展
三相高功率因数电压源型PWM整流器研究
１ 三 相 电 压 源 型 Ｐ Ｍ 整 流 器 的 基 本 原 理 Ｗ
Ｉ 将 三 相 电压源 型 Ｐ ＷＭ 整 流 器 的拓 扑 结构 如 图 １ 示 。三相 经过 滤波 以后 的相位 误 差 再经 过 Ｐ 调节 器 可得 一个 偏 差 频率 ， 所 偏差 频率 加 在 ５ Ｈ ０ ｚ的 电网工 频 上 ，经过 积 分环 节 可 得到 需 要 的 ＶＳ Ｒ在 三 相静 止 坐标 系 下 的方程 为 ： 相位 角输 出。 把输 出的相 位角 与 同步变 压 器 的 电网角度 相 比， 如果
行旋转， 把坐 标轴 定 向在 新 坐标 系 的 ｄ轴 ， 可得 等 于 ０ 。应用 锁
相 环 后两 坐标 之 间 的关系 如 图 ２所示 。
－
＋ ￣ｖ一 “ ＋ ＾ Ｒｔ （ ｕｂ － ）
ｔ
式 中 ，ａ 为 交 流 侧 电 压 源 ； Ｌ 为 交 流 侧 电感 、 ｓ为 Ｖｒ 、 ｙ ￡、 厶、 二值 开 关 函 数 ， 值 为 ０表 示 下 管 开通 ， 管 关 闭： 为 １ 示 上 其 上 值 表
Ｚａｂ ｉＹｇｕａｉ ｈｎｅｎ。 ｎ ｕｇｉｇｎＹＹｊ ｙ ｕ
主
三相 高功 率 因数 电压源 型 Ｐ ＷＭ 整流器研究
丁 冠 舒
（ 中国矿 业大学信息与 电气工程 学院 ， 江苏 徐州 ２ １０ ） ２ ０ ８ 摘 要： 介绍 了三相电压源型 Ｐ ＷＭ 整流器 （ Ｐ ＶＳＯ的基本原理 ， 析了锁相环技术在 Ｐ 分 ＷＭ 整流器 中的应用。设 计了电流与 电压的双 闭环控
［
设 计 。 已解 耦 的 电流 内环 结 构 图如 图 ３ 示 。 所 其 中， 是 电 流采 样 的周 期 ，
（ ４ ）
ｊ ３ｉ ｃ （ ） ｄ ｓ ｕ ＋
三相电压型PWM整流器直接功率控制方法综述
三相电压型PWM整流器直接功率控制方法综述/tech/intro.aspx?id=565点击数：260刘永奎，伍文俊（西安理工大学自动化学院电气工程系，陕西西安710048）摘要首先介绍了三相电压型PWM整流器的拓扑结构，在此基础上，对当前应用于PWM 整流器的直接功率控制策略进行了对比分析，介绍了其实现机理和优缺点，最后，对直接功率控制在三相电压型PWM整流器中的控制技术进行了展望。
关键字 PWM整流器；直接功率控制；综述Summary about Direct Power Control Scheme of Three-Phase Voltage Source PWM RectifiersLIU Yongkui，WU Wenjun（Xi'an University of Technology，Xi'an Shannxi 710048 China）Abstract The topological structure of three-phase PWM rectifiers is introduced. On this basis, several DPC methods of three-phase voltage source PWM rectifiers were introduced and compared. At last, the pros原per of the control scheme development trends in three-phase PWM rectifiers is presented.Keywords three-phase PWM rectifiers；direct power control；summary1 概述三相电压型PWM整流器具有能量双向流动、网侧电流正弦化、低谐波输入电流、恒定直流电压控制、较小容量滤波器及高功率因数（近似为单位功率因数）等特征，有效地消除了传统整流器输入电流谐波含量大、功率因数低等问题，被广泛应用于四象限交流传动、有源电力滤波、超导储能、新能源发电等工业领域。
三相电压型PWM整流器PI调节器参数整定的原理和方法
三相电压源型PWM整流器PI调节器参数整定的原理和方法1引言1.1 PID调节器简介在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。
PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。
目前，在工业过程控制中，95%以上的控制回路具有PID结构。
当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。
PID控制，实际中也有PI和PD控制。
PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的，其原理图如图1-1所示。
图1-1 PID控制系统原理图PID控制器传递函数常见的表达式有以下两种：（1）()ip dKG s K K ss=++，Kp代表比例增益，Ki代表积分增益，Kd代表微分增益；（2）1()p diG s K T sT s=++（也有表示成1()(1)p diG s K T sT s=++），Kp代表比例增益，Ti代表积分时间常数，Td代表微分时间常数。
这两种表达式并无本质区别，在不同的仿真软件和硬件电路中也都被广泛采用。
⏹比例（P，Proportion）控制比例控制是一种最简单的控制方式，其控制器的输出与输入误差信号成比例关系，能及时成比例地反映控制系统的偏差信号，偏差一旦产生，调节器立即产生控制作用，以减少偏差。
当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error）。
⏹积分（I，Integral）控制在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。
对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（System with Steady-state Error）。
为了消除稳态误差，在控制中必须引入“积分项”。
三相电压型PWM整流器的仿真讲解
摘要为了解决电压型PWM整流器直接功率控制系统主电路参数设计问题,根据整流器在dq 两相同步旋转坐标系中的数学模型建立了其功率控制数学模型.基于功率控制数学模型,结合整流器直接功率控制系统的特点,推得交流侧电感是由功率、功率滞环比较器环宽及开关平均频率决定的;直流侧直流电压是由交流电压、电感及负载决定的;突加负载时直流侧电容是由直流电压波动、功率、电感及负载决定的.根据上述影响主电路参数的诸多因素,提出交流侧电感、直流侧电压及直流侧电容的设计方法.计算机仿真和实验证明了本文提出的设计方法是可行的.关键词PWM整流器; 直接功率控制; 直流电压; 交流侧电感; 直流电容目录1 电压型PWM整流器 (2)1.1电压型PWM整流器拓扑结构及数学模型 (3)1.2 电压型PWM整流器DPC系统结构及原理 (3)2 电压型PWM整流器DPC系统主电路参数设计 (5)2.1 交流侧电感的选择 (5)2.2 直流侧直流电压的选择 (6)2.3 直流侧电容的选择 (7)3 电压型PWM整流器DPC系统仿真与实验 (9)3.1 系统主电路参数设计 (9)3.2 系统仿真 (9)3.3 系统实验 (10)4 总结与体会 (12)参考文献 (13)1电压型PWM 整流器1.1电压型PWM 整流器拓扑结构及数学模型电压型PWM 整流器主电路拓扑结构如图1所示.图中a U ，b U ,c U 为三相对称电源相电压,,a b c i i i 为三相线电流;,,a b c S S S 为驱动整流器开关管(绝缘栅双极型晶体管IGBT)开关函数;jS 定义为单极性二值逻辑开关函数,jS =1(j=a,b,c)则上桥臂开关导通,下桥臂开关关断,jS =0下桥臂开关导通,上桥臂开关关断；dc U 为直流电压;R,L 为滤波电抗器的电阻和电感;C 为直流侧电容;RL 为负载;,ra rb rc U U U 为整流器的输入相电压;L i 为负载电流。
三相PWM整流器控制系统研究
摘要 ： 为验 证 三 相 Ｐ ＷＭ 整 流 器 的性 能 ， 计 了基 于 Ｔ ２ ３ ６的三 相 Ｐ 设 ＭＳ ８４ ＷＭ 整 流 器 系 统 。 为 方 便控 制建 立 两 相 旋 转 坐标系统 ， 引入 矢 量控 制 技 术 。为 实 现 直 流 侧 电 压 的稳 定 控 制 和 有 功 与 无 功 功 率 的 解耦 控 制 ， 取 了 电压 外 环 和 电 采 流 内环 的控 制 策 略 。 为保 证 系 统 稳 定 ， 制 系统 中实 现 直流 电压 和 功 率 的速 率 调 节 控 制 。在 搭 建 的双 馈 风 力 发 电控 控 制 实 验 平 台上 采 用 空 间 矢量 脉 宽调 制 技 术进 行 了实 验研 究 ， 实验 结果 表 明三 相 Ｐ ＷＭ 整 流 器 能够 实现 能量 四象 限传 递 和 功 率解 耦 控 制 ， 设 计 的 控 制器 具 有 很 好 的稳 态 和 动 态 性 能 。 所
电压型PWM整流器直接功率控制系统
中图分类号
文献标识码
电压型 PWM 整流器直接功率控制系统
王久和 1
1 北京信息工程学院
李华德 2
2
王立明 1
北京科技大学 北京市 海淀区 100083
北京市 朝阳区 100101
Direct Power Control System of Three Phase Boost Type PWM Rectifiers
(3)
根 据 Sd max = 2 / 3
2/3
Sd min = − 2 / 3 由式(3)可得
Sq max =
Sq min = − 2 / 3
万方数据
56
中
国
电
机
工
程
学
报
第 26 卷
dp L dt L dp dt dq L dt L dq dt
r idc Sa _ ua ~ + u _ b ~ + _ uc + ~ L L L R R R ia ib ic Sa Sb A Ura B Urb Urc Sc _ Sb Sc RES C Udc RL + iL
r 为桥
RES 为电容等效串联
N
测电路 功率估算器 扇形划分器 功率滞环比较 器 开关表及 PI 调节器组成 瞬时有功与无功功率 根据检测到的电流 ia ib ic 及 ua ub uc 进行计 算 得到瞬时有功和无功功率的估算值 p q 及三相 电压 ua ub uc 在 αβ 固定坐标系中的 uα uβ 扇 形划分器根据 uα uβ 划分扇区 得到扇区 θn 信号 p 和 q 与给定的 pref 和 qref 比较后的差值信号送入 功率滞环比较器得到 Sp Sq 开关信号 pref 由直流 电压外环 PI 调节器的输出(代表电流)与直流电压的 乘积设定 qref 设定为 0 以实现单位功率因数 根 据 Sp Sq θn 在开关表中选择所需的 Sa Sb Sc 去驱动主电路开关管 图中略去了电阻 RLeabharlann 电压电流功率 测量功率计算 uαβ
三相pwm整流器工作原理
三相pwm整流器工作原理三相PWM整流器工作原理。
三相PWM整流器是一种常见的电力电子器件，它的工作原理主要涉及到PWM调制和整流两个方面。
在电力系统中，三相PWM整流器通常被用于控制交流电到直流电的转换，它具有高效、可控性强等优点。
下面我们将详细介绍三相PWM整流器的工作原理。
首先，我们来看PWM调制的原理。
PWM（Pulse Width Modulation）即脉宽调制技术，它通过改变脉冲信号的宽度来实现对电压的调节。
在三相PWM整流器中，PWM调制主要用于控制开关管的导通和截止，从而实现对交流电的整流。
当输入的交流电信号经过PWM调制后，输出的脉冲信号就可以控制开关管的导通时间，从而实现对输出电压的调节。
这种调制方式可以保证输出电压的稳定性和可控性，是三相PWM整流器的关键工作原理之一。
其次，我们来讨论整流的原理。
在三相PWM整流器中，整流是指将输入的交流电转换为直流电的过程。
通过PWM调制，开关管可以控制交流电的导通和截止，从而在输出端得到一个近似直流的电压信号。
整流过程中，需要注意输出电压的稳定性和纹波的控制，这需要通过合理的PWM调制和滤波电路来实现。
整流过程的稳定性和效率直接影响着整个系统的性能和可靠性，因此整流是三相PWM整流器工作原理中非常重要的一环。
综上所述，三相PWM整流器的工作原理主要涉及到PWM调制和整流两个方面。
通过PWM调制，可以实现对交流电的控制和调节；而整流过程则是将交流电转换为直流电的关键步骤。
三相PWM整流器以其高效、可控性强等优点在电力系统中得到了广泛应用，它的工作原理对于理解和设计电力电子系统具有重要意义。
希望本文能够对读者加深对三相PWM整流器工作原理的理解有所帮助。
三相电压型大功率PWM整流器研究和系统设计
三相电压型大功率PWM整流器研究和系统设计近年来，随着电力电子器件的发展和现代控制理论的应用，PWM整流器因具有交流侧可单位功率因数运行，能量可以双向流动等优点，而成为电力电子领域的研究热点，并且在风力并网发电，有源电力滤波方面得到了大力的应用。
本文以三相电压型PWM整流器为研究对象，在广泛研究了PWM整流器的研究热点和应用现状上，建立了基于开关函数的数学模型，深入分析了三相电压型PWM整流器的换流过程和工作原理。
在对比了PWM整流器现行的各种控制策略优缺点后，采用直接电流控制策略，在MATLAB中建立了基于直接电流控制策略的PWM整流器仿真模型，通过仿真，分析了PWM整流器中电感，电容参数变化，负载变化时对系统性能的影响，提出一种PWM整流器交流侧电感计算方法。
针对传统直接电流控制策略中PWM整流器交流侧电流总谐波畸变率大等问题，提出基于参数自整定模糊PI控制算法，来代替直流电流控制中普通的PI 控制器。
针对PWM整流器的直流电压超调量大，过渡时间较长等问题，将滑模变结构控制理论应用于PWM整流器中，建立了基于PWM整流器传递函数的电压外环滑模控制器，在N砂汀LAB/simuhnk中验证了上述改进措施的正确性。
最后，本文完成了以TMS32OF2812DSP为核心的PWM整流器系统设计。
完成主电路参数的计算，开关管的选型，完成了PWM整流器交流侧电压电流，直流侧电压检测电路设计以及驱动电路设计对PWM整流器软件设计进行概要介绍。
关键词PWM整流器，模糊控制，电感参数计算，滑模控制AB5TRACT AsthedevelopmentofPowerelectroniedevieesandmodemeontroltheory，Three PhaseV oltage SourcePWMReetifier(VSR)15widelyused. It15usefulinindustrialaPPlieationssuchasactivePowerfiiter，variable sPeeddrives.Three 一PhaseVSR15capableofbi一direetionalPowerflow，unityPowerfaetoroPerationandinPutcurrentwithlowhannonicCofltCllt.InthisPaper，theThree一PhaseVSRMathematiesmodebasedonswitehingfunctionareseParatelysetteduPinthree一Phasestationaryeoordinateandtwo一Phasesynehronouslyrotatingcoordinate，anddireetcurrenteontrolschemeforthree一PhaseVSR15studiedandsimulated.Fromtheresultsofsimulation，thisPaPeranalysisedThree一PhaseVSRdynamicPerformaneeandrobustnesswhenitsinduetance，caPaeitaneeandloadareehanged，thenanewmethodaboutinductanceealculateinghasbeenProPosed.ConsideringhighhannoniecontenteharaeteristicoftheinPuteurrent，afuzZylogiceurrentregulatorbaseondeePlyanalyzingtheadvantagesoffuzZyPleontrolwasProPosed.ThefuzZylogiceurrentregulator15usedtoredueetheTHDofinPutcurrentsandaccommodationtimeofvoltage.InordertoimProvetherobustnessanddynamieresPonseofoutPutvoltage，anewsliding一modevoltageconirolregulatoralgorithm basedontransferfunctionwasProPosed.TheabovetwomethodshasbeenstudiedbysimulationinMATLABsoftwareandeomParedwithPlcontrol.SimulationresultsinN LAB/simulinkshowtheadvantagesoftwoProposedmethods.AtthelastofthisPaper，aresolvingstrategybasedonTMS320F281215ProPosed，ineludingthePowersystemdesignandthecontrolsystemdesign.KEYWORDSPwmreetifier，fuzZy一Pid，silding一modeeontrol目录摘要........……，…，，....................................……!ABS丁RACT (11)第一章绪论................，. (1)1.1课题的背景和研究意义 (1)1.2国内外发展水平和动向................， (2)1.2.1交流侧电流控制策略 (2)1.2.2无传感器控制................................， (4)1.2.3主电路的拓扑结构 (4)1.2.4智能控制在PWM整流器中的应用 (5)1.3本课题研究的主要内容 (5)第二章PWM整流器的运行基本原理..........................， (7)2.1PWM整流器的数学模型 (7)2.2PWM整流器运行的基本原理.............................，.. (9)2.2.1PWM整流器四象限运行的原理 (9)2.2.2直接电流控制基本原理......................……，................................. n2.2.3SVPWM技术在PWM整流器的应用 (16)2.3不同LC参数对系统性能的影响 (20)2.3.1仿真模型的建立 (20)2.3.2交流电感对系统性能的影响 (24)2.3.3直流电容对系统性能影响 (26)2.3.4负载变化对系统性能的影响 (27)2.4本章小结 (28)第三章改善PWM整流器的性能研究 (29)3.1改善PWM整流器性能的两种途径 (29)3.2电流内环的模糊PI控制 (29)3.2.1选择模糊PI控制算法的原因 (29)3.2.2模糊控制的基本原理 (29)3.2.3电流内环模糊自适应PI控制器的设计..............................................……303.2.4PWM整流器的电流内环模糊PI仿真...............................................……333.3PWM整流器的滑模变结构控制.....................................................................363，3.1选择滑模控制的原因及其在PWM整流器上的应用现状 (36)3.3.2滑模变结构控制基本原理...................................................................……373.3.3滑模控制的抖振问题..........................................................................……403.3.4PWM整流器电压环的滑模控制器设计.............................................……413.3.5减弱PWM整流器滑模控制抖振措施 (44)3.4本章小结......................................................................................................， (45)第四章PWM整流器的系统设计.......................，.. (47)4.1主电路参数设计 (47)4.1.1开关管参数选择.........................................................................， (47)4.1.2开关管缓冲电路设计....................................................................， (48)4.1.3交流侧电感直流侧电容设计...............................................................……494.2控制电路设计.............，..............................................................，.. (49)4.2.1DSP上电模块.......................................................................................……494.2.2交流电压直流电压检测模块...............................................................……504.2.3交流电流检测模块......................................................................……，.……534.2.4驱动电路..............................................................................................……544.2.5同步信号检测电路...........................................................，. (57)4.2.6散热系统..............................................................................................……574.3软件设计概述 (57)4.3.1主程序模块...........................................................................................……574.3.2外部中断程序......................................................................................……584.3.3Tl中断程序模块..................................................................................……594.4本章小结 (59)结论与展望 (60)参考文献.........，...，.. (62)附录 1.......................................................，.. (66)致谢................................，....................， (69)攻读硕士学位期间发表的论文..................................……70中南大学硕士学位论文第一章绪论第一章绪论课题的背景和研究意义能源是国民经济飞速发展的重要因素，如何合理开发和高效利用能源是大力提倡低碳经济的今天迫切需要解决的问题。
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三相电压型PWM整流器控制技术的发展
文章介绍了PWM整流器的主要控制技术，并对其各自的原理、特点进行了分析与总结。
对其中的滞环电流控制、固定开关频率PWM控制、预测电流控制、单周期控制、空间矢量PWM控制、直接功率控制技术进行比较，得出各种控制技术的优缺点。
并综合国内外发展现状预测了控制技术未来的发展方向。
标签：PWM整流器；SVPWM算法；直接功率控制
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整流器由于其能够控制网侧功率因数和稳定直流侧输出电压的优点而被广泛应用。
为改善系统的工作性能，减少电网谐波污染，提高能源的利用效率，国内外对于其控制技术的研究早已悄然展开。
因控制技术对整流器的重要作用，本文介绍了PWM整流器的几种主要控制技术的原理、特点。
对比得出各种技术的优缺点，并结合国内外发展对以后的研究方向进行预测。
2 电压型PWM整流器控制技术
对于目前普遍应用的电压型PWM整流器，其性能的的实现要具有如下特点：一是能够保证交流侧电压电流同相位，使整流器单位功率因数运行。
二是可以稳定直流侧母线电压的输出，维持中点点位平衡。
国内外已有许多文献提出了整流器的各种调制方法，文章简要地介绍各种控制技术。
2.1 滞环电流控制
滞环电流控制的设计思路如图1所示，其主要思想将获取的指令电流值与采样得到的实际电流值，经比较后输出到滞环比较器产生PWM波形。
优点是设计简单、容易实现、鲁棒性好，但同时存在开关频率不固定等缺点。
2.2 固定开关频率PWM控制
其设计理念是将采样到的电流值与指令电流值做比例和限幅调节后进行三角调制，输出宽度相同的脉冲波形，来控制开关的导通顺序。
原理如图2，这种控制方法开关频率固定，缺点是由于PI调节环节的引入导致电流动态响应速度变慢，无法实现对指令电流的准确定位及跟踪。
2.3 预测电流控制
预测电流控制原理如图3。
根据预测未来的电流值来确定目前的实际工作状态，进而控制输出脉冲的波形，属于先预判后动作。
这种方法易于参数整定，但鲁棒性较差。
2.4 单周期控制
单周期控制的重点是实现对占空比的调制。
再通过相关的信号采集与计算，最终生成占空比符合要求的PWM波形，其原理如图4。
该控制技术开关频率固定，且易于数字控制、鲁棒性强。
但缺点是动态响应较慢，灵敏度较差。
2.5 空间矢量PWM控制
空间矢量PWM控制的设计思路（如图5）是经一系列的坐标变换与逻辑运算，主要实现的是实际电压矢量对指令电压矢量的无误差跟踪。
这种控制方法使得直流侧母线电压利用率提高，但同时由于PI控制技术的引入，使系统的动态性能变慢。
2.6 直接功率控制
实现了对瞬时功率调制的直接功率控制是调制技术的一大突出进步（如图6）。
电压控制外环输出参考有功功率值。
功率内环对检测到的电流、电压进行计算，得到以P、Q为变量的功率内环表达式。
为保证整理器运行于单位功率，有功功率的给定值应为0。
直接功率控制的优点是灵敏度高、鲁棒性较强，缺点在于对开关表的设计过于复杂。
3 控制技术发展方向
文章对整流器的控制技术进行了系统的分析与综述，相信随着科技的不断发展与进步，对控制技术的研究也将拓展到如下领域：
3.1 电网不平衡条件下控制技术的研究
由于在实际的应用中，三相电网电压的不平衡会引起网侧电流产生谐波，造成电网污染，因而对其的研究是必要的。
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统完善的数学模型计算相对复杂，然而智能控制策略仅需建立电流波形为正弦的非机理模型，就可实现整流器单位功率运行。
对智能技术的开发是切实可行的。
3.3 逆变控制策略和并网技术的研究
随着新能源技术的开发与应用，逆变控制策略和并网技术将在不久的将来步入优秀控制技术的舞台。
4 结束语
控制技术的发展是PWM整流器发展的关键，本文综述了PWM整流器的主要控制技术，对其原理、特点及实现进行了比对，并结合国内外的发展现状预测了以后控制技术的发展方向。
相信随着科技的进一步开发与应用，PWM整流器将得到更广泛的应用。
参考文献：
[1]郑宏伟.三相PWM整流器及其控制策略研究[D].南华大学，2014.
[2]程启明，程尹曼，薛阳，等.三相电压源型PWM整流器控制方法的发展综述[J].电力系统保护与控制，2012，40（03）：145-155.
[3]屈莉莉，张波.三相电压型PWM整流器控制技术的发展[J].电力电子，2007（04）：19-24.。