PWM整流器控制技术的发展

文章分别就三相电压型和电流型PWM整流器主要控制技术、原理、特点进行了系统的分析和综述.三相电压型PWM整流器控制技术包括滞环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、直接功率控制以及单周期控制;三相电流型PWM整流器技术包括载波调制PWM、特定谐波消除PWM和空间矢量PWM.此外,文中评述了国内对PWM整流器控制技术研究的主要贡献.在此基础上,对PWM整流器控制技术发展趋势进行了展望.     

三相四桥臂PWM整流器的研究

三相电压型PWM整流器可以减小输入电流谐波含量,提高系统功率因数,因而广泛应用于人们的生产生活中。在传统的三相三桥臂整流器拓扑基础上,引入第四桥臂可构成三相四桥臂整流器拓扑。作为3P4W系统拓扑中的一种,三相四桥臂整流电路的提出丰富了三相电压型PWM整流器的拓扑结构,如果选用合适的控制方法,相比较传统的三相三桥臂PWM整流器,三相四桥臂整流电路可具有更优良的工作性能。本文首先通过开关平均周期法对三相四桥臂整流电路建立开关平均模型,指出了三相四桥臂整流器可以分解成三个相互解耦的单相整流电路。分析了三相四桥臂整流器在SPWM控制策略下的不足,研究了系统SAPWM控制策略及其实现方法。基于SAPWM控制策略下的三相四桥臂整流器降低了输出直流电压,提高了直流母线电压利用率,进而降低元器件耐压等级。最后通过系统仿真与实验验证了理论分析的正确性。     

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。     

改进型零电压转换PWM软开关功率变换器的实现机理分析

为改进传统谐振缓冲功率变换器(RSI)应用于高精度场合纹波较大的问题,提出一种改进型零电压转换(ZVT)脉宽调制(PWM)软开关功率变换器。通过LC环节减小输出电流纹波,并采用负载分段实现软开关的方式。轻载下利用交变的滤波电感电流实现主开关器件的零电压开通,重载下通过合理的导通谐振回路实现软开关,同时辅助开关器件实现零电流开关。该拓扑可采用PWM控制,具有效率高、纹波噪声小和开关频率固定的优点。通过分析电路的实现机理,对各工作时区进行解析计算,并给出实现软开关的条件。最后通过实验,在200kHz的开关频率下,验证了电路的有效性。相比于硬开关,效率得到了很大的提升,而相比于RSI在效率上虽有降低,但输出噪声却大幅减小。     

基于混合开关的三相双重整流桥电流型脉宽调制整流器

阐明了大功率三相脉宽调制(PWM)整流器对改善电能质量的重要意义.提出了适用于大功率场合的基于混合开关的双重整流桥电流型PWM整流器拓扑.该整流器采用晶闸管和可控开关管组成具有PWM功能的三相电流型整流器,在降低大功率整流器成本的同时达到降低输入电网的电流谐波和控制直流侧功率的目的.分析了该整流器的工作原理,通过分析总...     

大功率三相电流型晶闸管SVPWM整流器多桥并联技术

研究了一种新的三相电流型PWM整流器(CSR)的拓扑结构及其多桥并联技术.每个并联的整流桥单元均采用普通三相晶闸管(SCR)整流桥和直流回路串联的IGBT来共同完成SVPWM功能,多个整流桥单元采用一种基于矢量合成原理的并联技术.对于N个整流桥单元并联的大功率PWM整流器,任意整流桥单元都具有相同的SVPWM调制特性和相同的开关频率,而整个整流器的等效开关频率为单个整流桥单元的N倍.该方法不仅保留了传统SVPWM技术的所有优点,而且实现简单、成本低廉,是电流型PWM整流器实现低谐波、高效率、大功率的一种较好选择.     

基于矢量合成原理的三相电流型SVPWM整流器多电平技术

提出一种适用于三相电流型PWM整流器(CSR)的基于矢量合成技术的SVPWM多电平实现方法。对于N个整流单元并联的大功率PWM整流器，该方法将需要生成的参考电流矢量分组为N份，按矢量合成原理分配给不同的整流器并联单元。这样任意整流器单元都具有相同的SVPWM调制特性和相同的开关频率，整个整流器的等效开关频率为每个整流单元的N倍，且通过扇区矢量分组轮换可以使不同的整流单元达到自动均流。该调制方法不仅保持了传统SVPWM技术的所有优点，且实现简单，其控制策略的复杂程度与并联单元的数目无关，仿真和试验验证了方法的正确性和有效性。     

三相四线整流器的中线电流控制

六开关三相四线PWM整流器拓扑是适合于中大功率高频UPS装置的前级整流器拓扑.与常规的六开关三相三线整流器相比,三相四线整流器输出正负直流母线,并且输入侧存在零序电流通路,如果沿用三相三线整流器的控制方法,必然会引起很大的中线电流.针对此问题.讨论了三相四线PWM整流器输出为正负直流母线电压均衡控制和中线电流控制问题,建立了三相四线整流器数学模型,分析了中线电流产生的机理以及抑制的方法,设计了基于同步旋转坐标系的三相四线整流器的控制算法.在功率40kW的实验样机上验证了控制方法的有效性,保证了输出正负母线电压的平衡及较小的输入电流谐波.     

双频并网逆变器与LCL型逆变器效率对比研究

为了能够在保证并网逆变器输出电流质量满足并网要求的同时,降低并网逆变器的损耗,提高并网逆变器的效率,提出了一种并联型双频单相并网逆变器。双频并网逆变器含有两个工作在不同开关频率的功率单元。低频功率单元的开关频率低(2kHz),电流幅值大,将电能输送到电网,降低了系统的开关损耗。高频消谐单元电流幅值小,开关频率高(40 kHz),其电流与低频功率单元的电流纹波反向,作用是抵消掉低频单元电流的谐波成分,保证并网电流质量。此处对并联型双频单相并网逆变器的工作原理和控制策略进行了理论分析,并设计了一个相同功率等级的LCL型并网逆变器。并网实验结果证明了双频并网逆变器消谐理论的正确性和可行性。效率分析和实验也证明了双频理论能够改善系统效率。     

基于模型预测的三相PWM整流器直接功率控制

针对三相PWM整流器传统直接功率控制(DPC)引起的开关频率不固定、网侧电流谐波分量高、系统调节时间长等问题的分析,提出了一种基于模型预测(P-DPC)的三相PWM整流器直接功率控制方法。该方法将模型预测理论与二阶拉格朗日插值法相结合,对下一个采样周期的有功功率和无功功率变化进行预测,完成对下一个周期开始时功率给定值的跟踪控制,并采用空间矢量脉宽调制(SVPWM)产生PWM信号驱动整流器功率开关,实现固定的开关频率。仿真结果表明,该方法具有良好的动态和稳态性能,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。     

高功率因数的大功率开关电镀电源研究

介绍一种大功率开关电镀电源的设计方案.为解决电镀电源中出现的电流严重畸变问题,采用三相PWM高功率因数整流方案,采用TMS320LF2812实现逆变器的FB-ZVSPWM控制方式,功率输出采用变压器功率合成及倍频整流模式,降低了开关损耗,有效提高了开关频率和输出效率.采用Mathb对其进行了仿真.仿真分析和实验结果验证了设计方案的可行性,证明了设计的电源具有谐波污染小,功率因数高,转换效率高等优点.     

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。     

基于LCL滤波的三相PWM整流器新型DPC策略

建立LCL滤波的三相脉宽调制(PWM)整流器的数学模型,对于直接功率控制(DPC)的开关频率不固定以及LCL滤波器引入的谐振问题,构造功率外环电流内环的双环控制结构;提出一种新型DPC策略,在功率环构造虚拟电压源等效为功率阻尼,同时功率环的输出作为电流环的输入指令值,电流环采用无差拍控制以保证电流跟踪精度,并采用空间矢量PWM(SVPWM)产生PWM信号驱动整流器功率开关,实现固定开关频率。仿真结果表明,该控制策略在抑制谐振的同时,实现整流器单位功率因数运行,系统具有较好的动静态性能。     

三相电压型PWM整流器定频模型预测控制

针对模型预测控制(model predictive control,MPC)采样频率较高、开关频率不确定等问题,提出了一种三相电压型脉宽调制整流器(voltage source PWM rectifier,VSR)定频模型预测控制(model predictive control with fixed switching frequency,FSF-MPC)。分析了三相VSR各电压矢量在六个扇区内对d、q轴电流瞬时变化的影响,基于电流预测模型,在固定时间间隔内以满足电流误差最小为原则计算各电压矢量作用时间。采用空间矢量调制原理获得功率器件的开关状态,实现模型预测控制的定频控制。1 kW样机的仿真与实验结果表明,与不定频模型预测控制相比,所提FSF-MPC控制算法开关频率恒定,且无需较高的采样频率,可有效降低纹波电流和电流失真,提高三相VSR系统的运行性能。     

一种新型的三相桥级联型PWM变换器

传统的单相级联H桥变换器不易直接应用于三相高压场合,为此提出了三相桥级联型PWM变换器的拓扑结构,其子模块为电压源型三相桥式变换器。分析了该新型拓扑的构成思想,推导了二级和三级级联拓扑的电流和功率表达式,其可做整流器也可做逆变器,分别采用单周控制和载波相移控制对其进行仿真研究。仿真结果验证了该新型拓扑的可行性,表明其能够提升电压等级,与传统的单相级联H桥变换器构成的三相变换器相比,能够节省开关管和直流侧电容（独立电源）个数,且直流侧电压纹波较小,在三相高压场合具有较好的应用前景。     

提高高压变频器功率因数的方法研究

单元串联式的6kV高压变频器由移相变压器、功率单元和控制器三部分组成。采用矢量法计算移相变压器的各电压参数,力图使电压与电流同相位来提高功率因数,而后对功率单元的拓扑结构进行改进。考虑到双PWM电路自身存在的经济性、可靠性等方面的不足,提出一种基于BUCK-BOOST的三相PFC整流+PWM逆变电路,通过Matlab仿真得出两种电路整流部分的电压波形与交流侧的功率因数,对比发现该三相PFC整流电路所需的器件少,控制电路简单,且消除了交流侧电流的冲击波,将不控整流的功率因数大大提高,且具有良好的可靠性与经济性。     

一种基于空间矢量控制的整流器容错控制方法

为降低三相脉宽调制(PWM)整流器功率开关器件发生断路故障时对系统的影响,分析了在空间矢量脉宽调制(SVPWM)控制算法下三相电压型PWM整流器6个功率开关器件中的某一个功率开关器件断路时指令电压矢量的合成情况,从矢量合成的角度阐述了故障发生时网侧电流畸变和直流侧电压波动的原因。提出了一种断路故障发生时在不改变整流器拓扑结构的前提下,能有效减少交流侧电流畸变、维持直流母线电压稳定的容错控制算法。通过仿真和实验验证了该算法的正确性和有效性。     

双频双模并网逆变器拓扑结构及控制方法研究

为了进一步提高并网电流的质量和并网逆变器的效率,提出一种并联型双频双模单相并网逆变器,其主电路包含低频逆变单元和高频整流单元。为了降低系统的开关损耗,低频逆变单元工作在低开关频率;高频整流单元工作在高开关频率,产生与低频逆变单元谐波电流相反的电流。并网电流为逆变单元电流和整流单元电流之和,用高频整流单元的电流抵消掉低频逆变单元的电流后,理论上并网电流等于逆变电流的基波分量,有效地提高了并网电流质量。在介绍新型单相并网逆变器的拓扑结构和工作原理的基础上,给出并网逆变器的控制策略,整个控制系统包括一个逆变电流环和一个整流双闭环。实验结果验证了理论分析的正确性。     

基于恒定开关频率变结构控制的PWM整流器

建立一种基于恒定开关频率变结构控制的电压型PWM整流器模型，这种PWM整流器在实现AC／DC变流，输出稳定的直流电压的同时还可以补偿系统线电流的无功和谐波分量。以单相全桥整流电路为例说明恒定开关频率变结构控制的工作原理并通过加以仿真证实其正确性。     

低载波比永磁同步发电机PWM整流的改进拓扑

永磁同步发电机可以使用PWM整流器进行整流与直流稳压,并采用SVPWM矢量控制策略。在诸如高速发电机及大容量发电机系统中,PWM整流器的载波比(开关频率与基波频率比值)低,以致矢量控制性能恶化。为此,提出PWM整流器改进拓扑,在维持功率管开关频率不变的前提下提高整流器的等效开关频率,改善矢量控制的品质。根据PMSG和PWM整流器在d-q坐标系下的数学模型,构建矢量控制系统,提出针对改进整流器的PWM信号生成方法,并进行仿真和实验研究。仿真和实验结果均验证PWM整流器改进拓扑的有效性及PMSG系统矢量控制算法的正确性。