PWM整流器控制技术的发展.docx

PWM整流器控制技术的发展

文章分别就PWM整流器控制技术的基本原理及其主要特点、三相电压型和电流型PWM整流器主要控制技术的原理进行阐述。此外还分析国内外对PWM整流器控制技术的研究现状，并对其发展趋势进行展望。
从电力电子技术发展来看，传统的相控整流器应用时间较长，技术也成熟且被广泛应用，但其存在如下的诸多问题。
1).晶闸管换相引起网侧电压波形畸变。
2).网侧谐波电流对电网产生谐波“污染”。
3).深控时网侧功率因数降低。
4).闭环控制时动态响应相对较慢。
针对这些问题，PWM整流器进行了全面的改进。其关键性的改进在于用全控型功率开关管取代了半控型功率开关管和二极管，以PWM斩控整流取代了相控整流或不控整流。因此PWM整流器就取得了以下的优良性能。
1).网侧电流为正弦波。
2).网侧功率因数控制。
3).电能双向传输。
4).较快的动态控制响应。
由于电能的双向传输，当PWM整流器从电网吸取电能时，其运行于整流工作状态，而当PWM整流器向电网传输电能时，其运行于有源逆变工作状态。所谓单位功率因数是指当PWM整流器运行于整流状态时，网侧电压、电流同相正阻特性，当PWM整流器运行于有源逆变状态时，网侧电压、电流反相、负阻特性。进一步研究表明，由于PWM整流器网侧电流及功率因数均可控。因而可被推广应用于有源电力滤波及无功补偿等非整流器应用场合。
综上可见，PWM整流器实际上是一个交、直流可控的四象限，运行变流装置。控制技术是决定PWM整流器发展的关键因素，PWM整流控制对象是输入电流和输出电压，其中输入电流控制是整流器控制的关键。这是由于应用PWM整流器的目的是使输入电流正弦化，在单位功率因数下运行。对输入电流有效控制实质就是对电力电子变换器的能量流动进行控制，进而控制输出电压。相反，控制变换器有功功率和无功功率流动，可以控制输出直流电压和输入电流，使得系统处于单位功率因数运行状态。目前PWM整流器控制技术主要分成两类，一类是三相电压型PWM整流器控制技术；另一类就是三相电流型PWM整流器控制技术。就已发展的控制技术来看，三相电压型PWM整流器的电流控制技术有滞环PWM电流控制、固定开关频率的电流控制、预测电流控制、矢量控制、直接功率控制、单周期控制。另外，状态反馈控制、滑模变结构控制、基于Lyapunov非线性大信号方法控制、模糊控制、神经网络控制等也都已经成功应用在电压型PWM整流器的控制上，电流型PWM整流器常用的调制技术包括载波调制PWM、特定谐波消除PWM和空间矢量PWM。为此，本文分别就三相电压型PWM整流器的电流控制技术和电流型PWM整流器调制技术原理进行阐述并分析国内外对PWM整流器控制技术的研究现状并对其发展趋势进行展望。电压型PWM整流器控制技术
电压型PWM整流器要控制的变量有两个，一是整流器的输出电压，二是整流器输入电流。前者要求稳定输出控制，后者要求跟随输入电压的相位，因此PWM整流器控制结构常采用双环控制系统。
1滞环PWM电流控制。PWM整流器滞环PWM电流控制是将实际输入电流与指令电流的上、下限相比较，其交点作为开关点。指令电流的上、下限形成一个滞环，从而控制输入电流的变化。
2固定开关频率PWM控制。固定开关频率的PWM控制是将指令电流和实际电流误差经比例调节后和三角波比较，其结果用来控制整流器主电路中开关元件的通断。
3预测电流控制。预测电流控制的思想是从开关的在线优化出发，根据负载情况和给定的电流矢量变化率，推导出使电流误差矢量趋势于零的电压矢量去控制PWM整流器的开关。
4矢量控制。基于dq坐标变换的矢量控制通过对PWM整流器有功和无功电流的控制,达到控制输入电流的结果。
5直接功率控制。直接功率控制是通过对PWM整流器瞬时有功和无功功率的直接控制，达到直接控制瞬时输入电流的结果。基于电压的直接功率控制是以基于dq坐标变换控制为基础的。
6单周期控制。单周期控制是一种非线性控制技术，同时具有调制和控制的双重性。单位周期控制电路主要元件包括积分器、复位单元、比较器和D触发器等器件。电流型PWM整流器的控制技术

三相电流型PWM整流器的拓扑结构

三相电流型PWM整流器拓扑及其控制系统结构如图所示。从理论上讲，电压型PWM整流器的控制策略均可以对偶地应用在电流型PWM整流器上。但由于电流型直流侧需要较大的电感储能，交流侧的滤波电容与网侧电感一起组成LC滤波器易导致振荡和电流畸变，其结构和控制相对复杂，仅有有限的几种控制方法得到应用和研究。
本文重点介绍电流型PWM整流器的在线PWM调制技术。
1载波调制PWM。载波调制PWM利用载波与调制信号的交点决定开关动作的位置，产生PWM信号控制电流型PWM整流器。载波信号一般采用三角波和锯齿波，调制信号可以是正弦波、注入