三相电压型PWM整流器控制技术综述

介绍了三相电压型PWM整流器的四种控制技术:电压定向控制(VOC)、虚拟磁链定向控制(VFOC)、基于电压的直接功率控制(V-DPC)和基于虚拟磁链的直接功率控制(VF-DPC).最后,对三相电压型PWM整流器的控制技术进行展望.     

基于虚拟磁链定向的模型预测直接功率控制

首先对三相电压型脉宽调制(PWM)整流器进行分析,通过两相静止坐标轴建立数学模型,根据数学模型分析提出了一种电压型PWM整流器的基于虚拟磁链(VF)的模型预测直接功率控制(MPDPC)策略。在电网电压含有谐波等干扰时,由于该方法使用虚拟磁链定向,可防止电压型PWM整流器的性能受过多干扰,并且通过利用功率误差最小和空间矢量脉宽调制(SVPWM)实现预测功率控制。针对实际离散系统中存在的数据延迟,采用了预测延迟一步对预测功率进行延迟补偿,且采用对功率误差积分修正补偿,使系统实现无差功率控制。最后对该控制进行了仿真和实验,验证了所提策略的可行性和正确性。     

基于虚拟磁链的PWM整流器的直接功率控制

三相PWM整流器的直接功率控制(DPC)比电压定向控制(VOC)的动态响应要快,并具有良好的抗干扰性能.提出一种新的基于虚拟电网磁链的三相电压型PWM整流器DPC策略.分析了PWM整流器工作原理,建立了电压型PwM整流器在α-β、d-q坐标系中的数学模型,并在此基础上,通过应用虚拟磁链概念,提出了三相电压型PWM整流器在α-β、d-q坐标系中的虚拟磁链模型.由于通过估计虚拟磁链来计算无功与有功功率,因此可省略三相PWM整流器的电网侧电压传感器,该控制系统的结构为直流输出电压外环,功率控制内环.仿真结果表明:与传统的DPC方法相比较,基于虚拟磁链的三相PWM整流器DPC系统结构简单,能有效减少传感器的数量,且抗干扰能力强,电网输入电流的畸变较小,具有更好的瞬时功率动、静态控制特性.     

基于虚拟磁链三相电压型脉宽调制整流器模型预测直接功率控制

考虑到三相电压型PWM整流器结构与交流电机的电路结构比较相似,提出基于虚拟磁链三相电压型PWM整流器模型预测直接功率控制。采用虚拟磁链定向来对PWM整流器进行控制,不仅继承了模型预测直接功率控制的优点,还省去了交流测电压互感器,节省了空间和成本,并通过二阶拉格朗日插值法进行功率修正。仿真结果表明,该方法具有良好的动态和稳态性能,具有很好的鲁棒性,实现了固定开关频率,有效降低了交流侧电流总谐波失真(THD),提高了交流侧功率因数。     

三相电压型PWM整流器直接功率控制策略

首先分析了三相电压型PWM整流器的拓扑结构和数学模型,然后对基于瞬时功率估算的直接功率控制、电压定向的直接功率控制、无电压传感器虚拟磁链的直接功率控制、基于定频的虚拟磁链和变换器输出电压计算的直接功率控制进行性能分析,比较其各自的优缺点.并在此基础上对三相电压型PWM整流器直接功率控制策略进行了展望.     

PWM整流器虚拟电网磁链定向矢量控制仿真研究

三相电压型PWM整流器与三相交流变频调速电机定子电路有很大的相似性.采用类似于交流电机磁链观测的方法来构造一个虚拟电网磁链,可以代替电网电压作为PWM整流器矢量控制中的定向矢量,达到省去交流侧电网电压传感器,降低PWM整流器成本的目的.根据交流电机磁链观测器的设计方法,设计了虚拟电网磁链观测器,并构造了基于Matlab/Simulink的PWM整流器虚拟电网磁链定向无电网电压传感器的仿真模型.仿真结果验证了观测器的可靠性和控制方案良好的动静态特性.     

三相电压型PWM整流器定频虚拟磁链直接功率控制

为实现PWM整流器系统的稳定可靠控制,在传统三相电压型PWM直接功率控制的基础上介绍了一种新的基于虚拟磁链的直接功率控制方法。通过引入SVPWM调制模块来代替传统开关表和滞环比较器,解决了传统虚拟磁链直接功率控制频率高且不稳定的问题,达到了定频的目的。同时可以获得任意方向的电压矢量,具有更低的电网电流畸变率和抗干扰能力。仿真结果证明了该控制策略的可行性。     

无电网电压传感器三相PWM整流器虚拟电网磁链定向矢量控制研究

电压型三相PWM整流器与变频器供电三相交流电机的定子电路有很大的相似性,采用类似于交流电机磁链观测的方法构造出虚拟的电网磁链矢量,作为PWM整流器矢量控制中的定向矢量,可以达到取消交流侧电网电压传感器、降低PWM整流器硬件成本的目的.准确观测虚拟电网磁链是PWM整流器虚拟电网磁链定向无电压传感器运行的关键.与同步电机磁链观测相似,虚拟电网磁链的观测也存在初始值的问题.不带初始磁链估计的观测器会导致PWM整流器在起动过程中产生很大电流冲击甚至无法起动.为了解决这一问题,该文通过深入分析虚拟电网磁链的特点,提出了一种新的带初值估计的虚拟电网磁链的观测方法.仿真和实验结果验证了所提出观测方法的有效性和无电网电压传感器条件下,三相电压型PWM整流器虚拟电网磁链定向矢量控制运行的良好动、静态特性.     

三相PWM整流器及其控制策略的现状及展望

三相电压型PWM整流器具有输入电流正弦性好、可获得单位功率因数、能量可实现双向流动等特性,消除了传统意义上的整流电路中存在谐波含量大、功率因数低和能量不能回馈等问题。目前其已被广泛用于改造电网污染和提高电能利用率。首先介绍了三相电压型PWM整流器的拓扑结构,在此基础上对其控制技术做详细论述,重点介绍了4种控制策略:电压定向控制、虚拟磁链定向控制、基于电压的直接功率控制和基于虚拟磁链的直接功率控制,最后对PWM整流器及其控制技术进行展望。     

基于虚拟磁链的PWM整流器模型预测直接功率控制

为了省去基于虚拟磁链定向的传统直接功率控制(DPC)中的滞环比较器和开关表以及基于电压定向的传统模型预测直接功率控制(MPDPC)中的交流电压传感器,提高系统的动态响应,实现功率的准确跟踪,在二者的基础上结合空间矢量脉宽调制(SVPWM),再引入延时补偿和重复控制,在两相静止坐标系下,以电网电压作为基本控制矢量,利用功率给定值与实测值的误差平方和最小建立目标函数,提出一种基于虚拟磁链的电压型PWM整流器的改进MPDPC方法。将传统DPC、传统MPDPC与改进MPDPC进行了仿真和实验对比研究。仿真和实验结果表明,所提改进MPDPC方法提高了功率跟踪精度,减小了功率纹波,降低了电流谐波畸变率。     

改进的基于虚拟磁链直接功率控制方法

介绍了三相电压型PWM整流器基于虚拟磁链的直接功率控制(VF-DPC),介绍了虚拟磁链估算中积分初值问题的解决方法,以及一种改进开关表(ST).仿真结果表明:改进ST是可行的,与传统开关表比,改进ST后的输入电流谐波含量要小得多;与基于电压定向的DPC(V-DPC)相比,VF-DPC可减小电网电压不平衡或失真的影响,控制效果更好.     

基于空间矢量的PWM整流器直接功率控制

为克服传统型直接功率控制开关频率不固定的缺点,提出了一种基于空间矢量调制的三相Boost型PWM整流器直接功率控制策略(DPC-SVM).虚拟磁链估计器代替电压传感器,运用瞬时功率理论,估算虚拟磁链来计算有功和无功功率,采用电压外环和功率内环的控制方式,并做了仿真研究.研究和分析表明,DPC-SVM的应用使系统具有结构和算法简单、动态响应快、高功率因数、开关频率固定和低谐波等特性.     

改进虚拟磁链观测器在PWM整流器中的应用

采用虚拟电网磁链矢量作为电压型脉宽调制(PWM)整流器直接功率控制(DPC)中的控制量可达到省去交流侧电网电压传感器、降低硬件成本、提高系统稳定性的目的,因此如何在电网电压发生突变时准确快速地观测虚拟电网磁链及如何实现开关频率的恒定就成为PWM整流器无电网电压传感器运行的关键。通过深入分析虚拟磁链特点,结合预测控制技术,提出一种基于虚拟磁链的预测直接功率控制(VF-P-DPC)方法,同时提出采用四阶级联型低通滤波器取代传统纯积分器来构造新型磁链观测器。实验表明所提方法不仅在稳态时具有优良的控制效果,且在电网电压突变时动态响应速度快,过渡过程中直流侧电压、有功、无功功率波动小。     

一种改进PWM型整流器直接功率控制

主要研究了一种新的基于SVPWM的三相电压型整流器预测直接功率控制。这种预测直接功率控制以虚拟磁链为核心,省去了交流侧电压传感器,同时解决了传统的开关直接功率控制开关频率不固定的缺点,继承了传统直接功率控制无需旋转坐标变换,控制方案简单明确的特点。并且与其他改进方案相比,也不需要加入PI环节或是电压矢量定向环节。通过RT-LAB进行仿真,并与传统的控制方案进行对比,突出新控制方案在改善THD和控制功率波动方面的优越性。     

PWM整流器两种空间矢量控制策略的比较研究

分析了三相电压型PWM整流器的原理、拓扑结构以及在abc、αβ和dq坐标系下的数学模型,并在此基础上重点研究了PWM整流器在同步旋转dq坐标系下基于电压定向的空间矢量控制策略和基于虚拟电网磁链定向无电压传感器的矢量控制策略.最后运用Matlab中的Simulink工具箱构建了三相电压型PWM整流器的仿真平台,对PWM整流器两种控制策略进行了仿真,并做了相关的比较研究.     

无交流电压传感器的PWM整流器的直接功率控制

直接功率控制（DPC）动态响应比电压定向控制（VOC）要快,提出了一种无交流电压传感器的三相电压型PWM整流器基于虚拟电网磁链的直接功率控制策略。由于通过估计虚拟磁链来计算功率,因此可省略网侧电压传感器,该控制结构为直流输出电压外环,功率控制内环节。仿真结果表明,系统可达到单位功率因数,电流畸变小,具有良好的动静态性能,方案切实可行。     

网侧三相PWM整流器最小耦合模型控制

三相电压型PWM整流器采用虚拟电网磁链定向方式,对谐波和干扰有良好的抑制作用,但未从根本上解决d、q轴电流交叉耦合问题。对此引入"虚拟定子磁链"概念,提出了三相PWM整流器最小耦合模型控制策略。建立了虚拟定子磁链定向方式下三相PWM整流器数学模型,并与传统的虚拟电网磁链定向方式进行对比分析。同时提出了虚拟定子磁链定向方式下直接电流控制和功率因数控制方法,为保证控制策略的有效实施,构建了频率自适应虚拟定子磁链观测模型。仿真和实验结果表明所提控制方案的有效性,相比于传统虚拟电网磁链定向方式,采用虚拟定子磁链定向控制可实现稳态完全解耦控制,同时削弱动态过程的耦合影响,具有优异的动、静态性能。     

无交流电压传感器的PWM整流器的直接功率控制

直接功率控制(DPC)动态响应比电压定向控制(VOC)要快,提出了一种无交流电压传感器的三相电压型PWM整流器基于虚拟电网磁链的直接功率控制策略.由于通过估计虚拟磁链来计算功率,因此可省略网侧电压传感器,该控制结构为直流输出电压外环,功率控制内环节.仿真结果表明,系统可达到单位功率因数,电流畸变小,具有良好的动静态性能,方案切实可行.     

基于虚拟磁链定向矢量控制的三电平PWM整流器仿真研究

PWM整流器与交流电机的定子电路有很大的相似性,采用交流电机磁链观测的方法构造出虚拟的电网磁链矢量,作为PWM整流器矢量控制中的定向矢量,可以达到取消交流侧电网电压传感器降低PWM整流器硬件成本的目的。根据交流电机磁链观测器的设计方法,设计了虚拟电网磁链观测器,并构造了基于Matlab/Simulink的三电平PWM整流器虚拟电网磁链定向矢量控制的仿真模型。仿真结果验证了观测器的可靠性和控制方案良好的动静态特性。     

基于模型预测控制的PWM整流器直接功率控制

针对传统三相电压型PWM整流器直接功率控制开关频率不固定、控制滞后等问题,提出了一种基于模型预测控制的直接功率控制策略来控制三相PWM整流器。该方法采用供电电源的平均电压矢量作为控制过程的基矢量进行电压空间矢量调制(space vector pulse width modulation,SVPWM),用模型预测控制器代替传统的PI控制器或滞环比较器进行有功功率和无功功率控制,依据系统控制要求设计预测控制器的优化性能指标,求解优化性能指标得出控制时域内最优控制量进行控制。该方法实现简单,且能有效降低直流侧母线电压纹波和交流侧电流失真度。仿真结果验证了该方法的可行性和有效性。