PWM整流器18扇区控制算法的研究

郭旭刚，金新民，马添翼

(1.中国铁道科学研究院机车车辆研究所，北京 100081；2.北京交通大学电气工程学院，北京 100044)

PWM整流器18扇区控制算法的研究

郭旭刚1，金新民2，马添翼2

(1.中国铁道科学研究院机车车辆研究所，北京 100081；2.北京交通大学电气工程学院，北京 100044)

通过仿真分析了传统直接功率控制系统的原理及性能，并在PWM整流器的功率数学模型下分析了各开关矢量对瞬时功率的不同影响。在M at l ab/Simu l ink环境下，搭建了基于18扇区的通用开关表直接功率控制系统的仿真模型，并与传统的开关表控制进行比较。仿真结果表明：基于18扇区的控制系统明显改善了对无功和有功的调节能力，系统控制性能得到了提高，同时验证了基于18扇区开关表控制策略的可行性。

PWM整流器；直接功率控制；开关表；18扇区；瞬时功率

由于PWM整流器具有能量双向流动、恒定直流电压控制、低谐波输入电流、小容量滤波器及高功率因数的优点，故被广泛应用于单位功率因数整流、有源滤波及无功补偿、交流传动等变流控制中。然而直接功率控制（DPC）与常用的电流控制相比具有结构和算法简单、无PWM调制模块、高功率因数、低谐波、动静态性能良好等优点。传统直接功率控制策略采用一个逻辑开关表同时对有功和无功进行调节，导致启动暂态过程和稳态时负载扰动时直流电压及功率出现了较大的波动，影响了整流器的性能[1]。本文在PWM整流器的功率数学模型下分析了各开关矢量对瞬时功率的不同影响，采用了基于18扇区的通用开关表控制的策略，负载扰动时功率和直流电压波动现象得到明显改善，仿真结果也验证了新控制策略的可行性。

1 三相电压型PWM整流器的数学模型

图1为网侧变流器拓扑电路，该拓扑电路由交流回路、整流桥电路以及直流回路组成[2]。其中Ea、Eb、Ec为电网相电压，L为网侧电感，ia、ib、ic为交流侧电流，iL为负载电流，Vdc为直流电容两端电压。

图1 网侧变流器拓扑电路

为了分析方便，定义单极性开关函数Sk，其中k=(a,b,c)，则Sk为：

静止ABC坐标系下PWM整流器数学模型：式（1）中的Vn0指下桥臂节点N与电源中性点O之间的电压。

2 开关矢量对有功无功作用区域的划分

3 电压型PWM整流器的直接功率控制

三相电压型18扇区开关表[1]DPC系统结构图如图5所示，主要由主电路（如图1）和控制电路组成。控制电路由直流电压外环和功率内环（包括交流电压电流测量电路、直流电压检测电路、3/2变换、功率估算器、扇形划分器、功率滞环比较器、开关表选择器）组成。

4 动态仿真验证及分析

5 结论

本文通过仿真分析了传统直接功率控制系统的原理及性能，发现负载扰动时功率及直流电压出现了较大的波动。在Matlab/Simulink环境下，搭建了基于18扇区通用开关表直接功率控制系统的仿真模型，通过与传统的直接功率控制比较，基于18扇区的控制系统明显改善了对无功和有功的调节能力，系统控制性能得到了提高，同时验证了基于18扇区开关表控制策略的可行性。

[1] 王久和,李华德,王立明.电压型PWM整流器直接功率控制系统[J].中国电机工程学报，2006,26（18）:54-59.

[2] 张祟巍,张兴.PWM整流器及其控制[M].北京:机械工业出版社, 2003.

[3] NOGUCHIT,TOM IKIH.Direct power control of PWM converter w ithout power source voltage sensors[J].IEEE Transactions On Industry Applications,1998,34(3):473-479.

[4] 王久和,李华德.一种新的电压型PWM整流器直接功率控制策略[J].中国电机工程学报,2005,25(16):47-52.

[5] 王久和,李华德.设置扇形边界死区的电压型PWM整流器直接功率控制[J].北京科技大学学报,2005,27(3):380-384.

A controlstrategy of PWM rectifierbased on 18 sectors

GUO Xu-gang1,JIN Xin-m in2,MA Tian-yi2
(1.Locomotive and CarResearch Institute,China Academy of Railway Sciences,Beijing 100081,China; 2.Department of Electrical Engineering,Beijing Jiaotong University,Beijing 100044,China)

The principle and properties of the direct power control(DPC)system for present three-phase boost type PWM rectifiers based on its Simulink model were analyzed. The instantaneous power mathematical model was introduced. The influences on instantaneous power exercised by all the six power switches were studied. In Matlab/Simulink environment,a new direct power control system simulation model was built based on 18 sectors, which was compared with the traditional switch table.Simulation results show that the new DPC system has a good control capability of the active and reactive power. Meanwhile, the new control strategy is proved feasible by Simulink.

PWM rectifier;direct power control;switching;18 sectors;instantaneous power

T M 461

A

1002-087 X(2013)11-2035-03

2013-04-26

郭旭刚（1986—），男，山西省人，硕士，研究实习员，主要研究方向为电力电子与电力传动。