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1、 摘 要随着社会高速发展，电能在工农业生产和人民寻常生活中发挥着起来越重要作用，然而与之同步与国民生产生活密切有关电力电子换流装置，如变频器、高频开关电源、逆变电源等各种换流装置在广泛运用中给电网带来了大量无功功率与严重谐波污染。随着电力电子技术发展，具备网侧电流接近正弦波、功率因数近似为1、直流侧输出电压稳定、抗负载扰动能力强并且可以在四象限运营PWM整流器应运而生，成功地取代了不可控二极管整流器和相控晶闸管整流器，并成为电力电子技术研究热点。本言研究重要对象就是应用最为广泛三相电压型PWM整流器。一方面，本文简介了PWM整流器研究背景与意义，综述了PWM技术发展及现状，引出了三相电压型PW
2、M整流器，并分析了三相电压型PWM整流器工作原理，并在此基本上建立了其在ABC三相静止坐标系、d-q同步旋转坐标系和-两相静止坐标系三个不同坐标系下数学模型。另一方面，本文对PWM整流器电流控制方略进行了进一步研究，分析了间接电流控制和直接电流控制优缺陷，拟定了采用直接电流控制，并对双闭环控制器及PWM整流器主回路参数进行了系统设计；引入了电压空间矢量，阐述了空间电压矢量控制控制算法。最后，本文在理论分析基本上，运用MTALAB提供电力电子工具箱，在Simuink仿真环境下建立了三相VSR型PWM整流器主回路及控制器模型并进行了仿真实验，通过对仿真成果分析，表白了该方案可以满足网侧电流近似正弦
3、和高功率因数规定，验证了方案对的性和可行性。核心词：三相电压型PWM整流器；直接电流控制；双闭环控制；电压空间矢量PWM；Matlab仿真 ABSTRACT With the rapid development of modern society,the power in modern industry plays an increasingly important role,but in the national production and life are closely related with the power electronic converter devices,such a
4、s the frequency converters,high-frequency switching power supplies,power inverters and other various converters the use of the device will give our power grid to bring a lot of unfavorable factors,such as a large amount of reactive power and harmonic,low power factor,or even cause severe electromagn
5、etic pollution,resulting in the use of other equipments are not normal in same network.With the development of power electronic and PWM technology，the rectifier has the characteristics of high power factor,harmonic minor,DC output voltage stability and has operate in the four-quadrant,etc.It becomes
6、 a green power conversion device.Therefore,the main research subject of this paper is the three-phase voltage source PWM rectifier. Firstly,the article introduces the background and significance of the PWM rectifiers research,overviews PWM technologys development history and status,raises the three-
7、phase voltage source PWM rectifier,and analysed the working principle of three-phase voltage source PWM rectifier,on this basis established its mathematical model on ABC static coordinate system,d-q synchronous rotating reference frame and - two-phase static coordinate system three different coordin
8、ate system ,in addition. Secondly,this article researches current control strategy of PWM rectifier in depth,analyse s the shortcoming and advantage between indirect-current control and direct current control，make a decision of employment of direct current control based on fixed switching frequency,
9、and systematic designs parameter of double closed loop controller and PWM converter main circuit parameters.Bring in Voltage Space Vector ,and overview the arithmetic of it Finally,In the foundation of theory analysis ,using Power Electric toolbox offered by MATLAB to finish the simulation experimen
10、t under Simulink environment and to verify systematic exactness and feasibility by analysing the simulation results.Keywords：Three-phase Voltage Source PWM Rectifiers;Direct current control;Double loop control;Space Vector PWM;dual-loop control system;Matlab simulation 目录1 绪论11.1 PWM整流器研究背景与意义11.2 P
11、WM整流器产生与发呈现状21.2.1 PWM整流器产生21.2.1电流型PWM整流器21.2.3电压型PWM整流器31.2.4 PWM整流器发呈现状41.3本课题研究重要内容52 三相VSR原理分析与建模62.1 三相VSR拓扑构造62.2 PWM基本原理分析62.3 三相VSR数学模型92.3.1 三相VSR在三相静止坐标系数学模型92.3.2 三相VSR d-q模型建立123 三相VSR控制系统设计173.1 VSR电流控制173.1.1 间接电流控制173.1.2直接电流控制183.2三相VSR双闭环控制系统设计193.2.1 电流内环控制系统设计203.2.2 电压外环控制系统设计23
12、3.2三相PWM整流器参数设计233.2.1 交流侧电感设计233.2.2 直流侧电容设计284 三相VSR空间矢量控制304.1 三相VSR空间矢量PWM 控制基本原理304.2三相VSR空间电压矢量分布304.3 SVPWM整流器控制算法324.3.1 扇区拟定334.3.2 矢量作用时间拟定334.3.3开关矢量拟定375 Matlab 仿真405.1 基于空间电压矢量直接电流控制三相VSR PWM整流器仿真405.1.1 基于空间电压矢量PWM波生成模块simulink模型建立405.1.2 PWM整流器主回路及控制系统simulink模型建立425.2 PWM整流器仿真波形456 总
13、结与展望48道谢49参照文献501 绪论1.1 PWM整流器研究背景与意义 随着当代社会高速发展，在当代工业生产和人们寻常生活中，诸多场合都离不开对电需求，但是由于近些年来煤炭、石油、天然气等不可再生能源不断地被大量过度地开采，有专家预测在将来80近年后来，人类将再无这些能源可以使用，人类将面临能源枯竭尴尬境地，随之而来将会引起人们对电能恐慌。 如何更好节约能源，开发环保和可持续运用新能源成了当今世界亟待解决问题，特别是与国民生产生活密切有关电力电子变换装置，如变频器、高频开关电源、逆变电源等各种变换装置研究备受关注。由于这些变换装置大量被使用同步，必然会带来某些不利因素：在这些大某些变换装置
14、使用中一方面需要整流环节将交流电压转换成直流电压，而整流环节重要是通过功率二极管或者晶闸管构成整流电路；这种方式在交流侧容易导致电流波形畸变，并向电网注入大量无功功率和谐波，将会给电网导致严重电磁污染，以致影响同网其她设备正常使用，同步还存在功率因数低、直流电压波动等问题，因此既能有效治理电网污染并提高电能运用率，又能环保节能绿色能源办法越来越受到众多研究组织关注和注重。 可以有效解决变换装置所带来负面效应主线办法就是需规定变换装置实现整流环节网侧电流达到正弦化，工作于单位功率因数等特性。普通来说，要想可以消除电网谐波且获得高功率因数途径，重要有两种：一种是在系统中加入补偿器，如静止无功补偿器
15、(Static Var Compensator)、有源电力滤波器(Active Power Filter)等达到补偿无功功率和谐波目；一种是改进整流环节装置，优化电路拓扑构造和控制算法，使自身实现抑制谐波并可调节功率因素效能。 随着当代电力电子技术进步与飞速发展，功率半导体器件性能也在逐渐地提高，特别是全控型功率开关器件不断浮现，以及 PWM控制技术应用，使PWM 整流器得以诞生。PWM 整流器采用是全控开关器件，电路构造简朴，工作频率高且容易实现，通过控制开关器件通断就可以控制整流器输入电流波形，实现电压电流同相位或反相位，网侧功率因数近似达到1，谐波含量少，直流侧电压可控，并且这种构造整流
16、器能在四象限运营，可以工作在整流或逆变状态，是真正意义上绿色装置，因而对 PWM 整流器控制研究意义重大。1.2 PWM整流器产生与发呈现状1.2.1 PWM整流器产生 1957年，美国通用电气公司研制出第一种商用晶闸管，标志着电力电子技术诞生。它由于可以依照不同用电场合，完毕交直、交交、直交、直直电能形式变换，满足生产与生活需求，在此后几十年间得到大规模应用。 八十年代初，随着对电力电子装置产生谐波对电网产生影响结识不断加深，某些学者开始研究如何提高功率因数.Bellini和Figalli一方面用GTO实现了真正意义上单相PWM整流器，其功率因数接近1。到了80年代后期，由于GTR普遍应用以
17、及IGBT大量使用促使PWM整流器向高频化发展，高频化可以大大提高了交流输入电流波形正弦度，减少了直流输出电压纹波，提高了功率因数，增强了系统稳定性。PWM整流器按直流储能形式可分为电压型和电流型；按电网相数可分类为单相电路、三相电路和多相电路；按PWM开关调制可分为硬开关调制和软开关调制；按桥路构造可分类为半桥电路和全桥电路；按调制电平可分为两电平电路、三电平电路和多电平电路。尽管分类办法各种各样，但最基本分类办法就是将PWM整流器分类成电压型和电流型两大类，这重要是由于电压型、电流型PWM整流器，无论是在主电路构造、PWM信号发生以及控制方略等方面均各有各自特点，并且两者间存在电路上对偶性
18、。其她分类办法就主电路拓扑构造而言，均可归类于电流型或电压型PWM整流器之列。1.2.1电流型PWM整流器 CSR(电流型PWM整流器)明显特性是直流侧采用电感进行直流储能，从而使CSR直流侧呈现高阻抗电流源特性。常采用CSR构造有单相和三相。除直流储能电感外，与VSR相比，其交流侧增长了滤波电容，作用是与网侧电感一起构成LC三阶低通滤波器，以虑除CSR网侧谐波电流，并抑制CSR交流侧谐波电压。CSR功率开关管支路上顺向串联二极管，其重要目是阻断反向电流(普通大功率开关管大都集成有反并联二极管)，并提高功率开关管反向耐压能力。三相电流型PWM整流器构造图如下：图1-1 三相CSR拓扑构造1.2
19、.3电压型PWM整流器 电压型PWM整流器(Voltage Source Rectifier.VSR)最明显拓扑特性就是直流侧采用电容进行直流储能，从而使VSR直流侧呈低阻抗电压源特性。由于其电路构造简朴，便于控制，响应速度快，成为当前研究及实际应用较多整流类型。电压型PWM整流器有如下几种拓扑构造：单相半桥、全桥VSR拓扑，三相半桥、全桥VSR拓扑构造、三电平VSR拓扑构造和基于软开关调制VSR拓扑构造。其中三相电压型PWM整流器就是本文研究对象。图1-2给出了三相半桥拓扑构造。普通所谓三相桥式电路即指三相半桥电路。关于三相PWM整流器工作原理将在下一节中专门阐述。三相电压型PWM整流器也是
20、本文进行电路建模、参数计算和控制器设计基本。 图1-2三相半桥VSR拓扑构造1.2.4 PWM整流器发呈现状PWM整流器研究始于20世纪80年代，这一时期由于自关断器件日趋成熟及应用，推动了PWM技术应用与研究。1982年Busse Alfred,Holtz Joachim一方面提出了基于可关断器件三相全桥PWM整流器拓扑及其网侧电流幅相控制方略，并实现了电流型PWM整流器网侧单位功率因数正弦波电流控制。1984年Akagi Hirofumi等提出了基于PWM整流器拓扑无功补偿器控制方略，这事实上就是电压型PWM整流器初期设计思想。到20世纪80年代末，随着A. W. Green等人提出了基于
21、坐标变换PWM整流器持续离散动态数学模型及控制方略，PWM整流器研究发展到一种新高度。自20世纪90年代以来，PWM整流器始终是学术界关注和研究热点。随着研究深人，基于PWM整流器拓扑构造及控制拓展，有关应用研究也发展起来，如有源滤波器、超导储能、交流传动、高压直流输电以及统一潮流控制等，这些应用技术研究，又增进了PWM整流器及其控制技术进步和完善。这一时期PWM整流器研究重要集中于如下几种方面: 1) PWM整流器建模与分析;2)电压型PWM整流器电流控制;3)主电路拓扑构造研究;4)系统控制方略研究;5)电流源型PWM整流器研究； 当前重要研究领域有如下五个方面:1.关于PWM整流器建模研
22、究2.关于电压型PWM整流器电流控制方略研究3.关于PWM整流器拓扑构造研究4. PWM整流器系统控制方略研究 随着PWM整流器及其控制方略研究进一步，研究人员相继提出了某些较为新颖系统控制方略，分述如下: （1）无电网电动势传感器及无网侧电流传感器控制 （2）基于Lyapunov稳定性理论PWM整流器控制 （3）PWM整流器时间最优控制 （4）电网不平衡条件下PWM整流器控制1.3本课题研究重要内容 由于三相电压型PWM整流器具备电路构造简朴，控制性能优良， 可运营于四象限，工作在单位功率因数状态下，谐波含量少，符合环保节能规定，因此本文选取三相电压型PWM整流器为课题，重要研究如下几种方面
23、内容： (1)对所研究三相电压型 PWM 整流器拓扑构造及工作原理进行进一步分析，对整流和逆变状态下电流换流过程进行分析，并依照系统规定对主电路参数进行设计选用。 (2)依照系统主电路构造，对三相电压型 PWM 整流器在三相静止坐标系与d-q同步旋转坐标系下进行数学模型推导，并对系统双闭环控制系统进行设计，对电压空间矢量调制进行了分析。 (3)运用MATLABsimulink设计了电网平衡下 PWM整流器仿真模型，最后搭建了实验平台，对电网平衡状态下稳态整流进行了实验，对仿真和实验成果进行分析研究。 (4)最后对本文进行全文总结，对下一步工作研究展望做简要论述。 2 三相VSR原理分析与建模2
24、.1 三相VSR拓扑构造电压型PWM整流器(Voltage Source Rectifier.VSR)最明显拓扑特性就是直流侧采用电容进行直流储能，从而使VSR直流侧呈低阻抗电压源特性。图1-2给出了三相半桥拓扑构造。普通所谓三相桥式电路即指三相半桥电路。三相电压型PWM整流器也是本文进行电路建模、参数计算和控制器设计基本。三相电压型PWM整流器拓扑构造如图2-1，图中、为三相对称电源相电压；、为三相线电流；、分别是绝缘栅双极型晶体管和续流二极管；为直流电压；R、L为滤波电抗器电阻和电感；C为直流侧电容；为负载；为负载电流。 图2-1三相半桥VSR拓扑构造2.2 PWM基本原理分析从电力电子技
25、术发展来看，整流器是较早应用一种AC/DC变换装置。整流器发展经历了由不控整流器(二极管整流)、相控整流器(晶闸管整流)到PWM整流器(可关断功率开关)发展历程。老式相控整流器，虽应用时间较长，技术也较成熟，且被广泛使用，但依然存在如下问题: （1）晶闸管换流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减少; （4）闭环控制时动态响应相对较慢。虽然二极管整流器，改进了整流器网侧功率因数，但仍会产生网侧谐波电流以“污染”电网;此外二极管整流器局限性还在于其直流电压不可控性。针对上述局限性，PWM整流器已对老式相控及二极管整流器进行了全面改进。其核心
26、性改进在于用全控型功率开关取代了半控型功率开关或二极管，以PWM斩控整流取代了相控整流或不控整流。因而，PWM整流器可以获得如下优良性能: （1）网侧电流为正弦波;（2）网侧功率因数控制(如单位功率因数控制);（3）电能双向传播; （4）较快动态控制响应。显然，PWM整流器已不是普通老式意义上AC/DC变换器。由于电能双向传送，当PWM整流器从电网吸取电能时，其运营于整流工作状态;而当PWM整流器向电网传播电能时，其运营于有源逆变工作状态。所谓单位功率因数是指：当PWM整流器运营于整流状态时，网侧电压、电流同相(正阻特性);当PWM整流器运营于有源逆变状态时，其网侧电压、电流反相(负胜特性)。
27、进一步研究表白，由于PWM整流器其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。 图2-2 PWM整流器模型电路图PWM整流器事实上是一种交、直流侧可控四象限运营变流装置。为便于理解，如下一方面从模型电路阐述PWM整流器原理。图2-2为PWM整流器模型电路，可以看出:PWM整流器模型电路由交流回路、功率开关管桥路以及直流回路构成。其中交流回路涉及交流电动势e以及网侧电感L等;直流回路涉及负载电阻及负载电动势等;功率开关管桥路可由电压型或电流型桥路构成。当不计功率开关管桥路损耗时，由交、直流侧功率平衡关系得 式中 v 、i是模型电路交流侧电压、电流;、是模
28、型电路直流侧电压、电流。由上式不难理解，通过模型电路交流侧控制，就可以控制其直流侧，反之也成立。如下着重从模型电路交流侧入手，分析PWM整流器运营状态和控制原理。 （a） (b) (c) (d)图2-3 PWM整流器交流侧稳态矢量关系稳态条件下，PWM整流器交流侧矢量关系如图2-3所示。为简化分析，对于PWM整流器模型电路，只考虑基波分量而忽视PWM谐波分量，并且不计交流侧电阻。这样可从图2-3分析:当以电网电动势矢量为参照时，通过控制交流电压矢量V即可实现PWM整流器四象限运营。若假设不变，因而也因而不变，在这种状况下，PWM整流器交流电压矢量端点运动轨迹构成了一种觉得半径圆。当电压矢量端点
29、位于圆轨迹A点时，电流矢量比电动势滞后90度，此时PWM整流器网侧呈现电感特性，如图2-3a所示;当电压矢量端点运动至圆轨迹B端点时，电流矢量与电动势矢量平行且同向，此时PWM整流器网侧呈现正电阻特性，如图2-3b所示;当电压矢量端点运动至圆轨迹C点时，电流矢量比电动势矢量超前90度，此时PWM整流器网侧呈现纯电容特性，如图2-3c所示;当电压矢量端点运动至圆轨迹D点时，电流矢量与电动势矢量平行且反向，此时PWM整流器网侧呈现负阻特性，如图2-3d所示。以上，A，B，C，D四点是PWM整流器四象限运营四个特殊工作状态点，进一步分析，可得PWM整流器四象限运营规律如下:(1) 电压矢量端点在圆轨
30、迹AB上运动时，PWM整流器运营于整流状态。此时，PWM整流器需从电网吸取有功及感性无功功率，电能将通过PWM整流器由电网传播至直流负载。值得注意是，当PWM整流器运营在B点时，则实现单位功率因数整流控制;而在A点运营时，PWM整流器则不从电网吸取感性无功功率，而只从电网吸取有功功率 (2)当电压矢量端点在圆轨迹BC上运动时，PWM整流器运营于整流状态。此时，PWM整流器需从电网吸取有功及容性无功功率，电能将通过PWM整流器由电网传播至直流负载。当PWM整流器运营至C点时，PWM整流器将不从电网吸取有功功率，而只从电网吸取容性无功功率。(3)当电压矢量端点在圆轨迹CD上运动时，PWM整流器运营
31、于有源逆变状态。此时PWM整流器向电网传播有功及容性无功功率，电能将从PWM整流器直流侧传播至电网。当PWM整流器运营至D点时，便可实现单位功率因数有源逆变控制。(4)当电压矢量端点在圆轨迹DA上运动时，PWM整流器运营于有源逆变状态。此时，PWM整流器向电网传播有功及感性无功功率，电能将从PWM整流器直流侧传播至电网。实现四象限运营控制办法有:一、 可以通过控制PWM整流器交流侧电压，间接控制网侧电流; 二、可以通过网侧电流闭环控制直接控制PWM整流器网侧电流。2.3 三相VSR数学模型2.3.1 三相VSR在三相静止坐标系数学模型 所谓三相VSR普通数学模型就是依照三相VSR拓扑构造，在三
32、相静止坐标系(a,b,c)中运用电路基本定律(基尔霍夫电压、电流定律)对VSR所建立普通数学描述。三相VSR拓扑构造上图2-1所示。针对三相VSR普通数学模型建立，普通作如下假设: （1）电网电动势为三相平稳纯正弦波电动势(，,)； （2）网侧滤波电感是线性，且不考虑饱和; （3）功率开关损耗以电阻，表达，即实际功率开关可由抱负开关与损耗电阻，串联等效表 （4）为描述VSR能量双向传播，三相VSR其直流侧负载由电阻和直流电势串联表达。由上述假设得到三相电压型PWM整流器主电路数学模型如图2-4所示。图中、为三相对称电源相电压(在图中用e(t)表达)；、为三相线电流；为直流电压；、为滤波电抗器电
33、阻和电感；为直流侧电容；为负载；为负载电流。、为整流器开关函数。图2-4 三相整流器主电路数学模型 依照三相VSR特性分析需要，三相VSR普通数学模型建立可采用开关函数描述普通数学模型，采用开关函数描述普通数学模型是对VSR开关过程精准描述，较适合于VSR波形仿真。 以三相VSR拓扑构造为例，建立采用开关函数描述VSR普通数学模型，如图2-4所示，当直流电动势=0时，直流侧为纯电阻负载，此时三相VSR只能运营于整流模式，当，三相VSR既可运营于整流模式，又可运营于有源逆变模式当运营于有源逆变模式时，三相VSR将:所发电能向电网侧输送，有时也称这种模式为再生发电模式;当。当时，三相VSR也只能运
34、营于整流模式。为分析以便，一方面定义单极性二值逻辑开关函数为 （2-1），表达上桥臂导通，下桥臂关断；，表达上桥臂关断，下桥臂导通。 将三相VSR功率管损耗等值电阻R，同交流滤波电感等值电阻合并，且令,采用基尔霍夫电压定律建立三相VSR a相回路方程 （2-2）当导通而关断时，Sa=1，且;当关断而导通时，开关函数Sa=0，且=0，因此，式(2-2)改写成 （2-3） 同理，可得b相，c相方程如下： （2-4） （2-5）考虑到三相对称系统， （2-6） 联立式（2-3）式（2-6），则 （2-7） 在图2-3中，任何瞬间总有三个开关管导通，其开关模式有8种，因而，直流侧电流可描述为 （2-8
35、） 此外，对直流侧电容正极节点处应用基尔霍夫电流定律，得 （2-9） 联立式（2.3）式（2.9）得三相电压型PWM整流器在三相静止坐标系（a,b,c)下开关函数数学模型为： （2-10）引入状态变量X后，可写成状态变量表达形式为： （2-11）其中， （2-12） （2-13） （2-14） （2-15） （2-16） （2-17）2.3.2 三相VSR d-q模型建立前面对三相静止坐标系（a,b,c）中VSR普通数学模型进行研究分析。虽然VSR在abc坐标系下普通数学模型具备物理意义清晰、直观等特点，但是在这种模型中，VSR交流侧均为具备一定频率、幅值和相角正弦时变交流量，因而不利于控制系
36、统设计。普通VSR采用电压电流双闭环控制，当电流内环采用PI调节器时，三相静止坐标系中PI调节器无法实现电流无静差控制。通过坐标变换将三相（a,b,c）静止坐标系转换成以电网基波频率同步旋转d-q坐标系。通过这样变换，静止坐标系中基波正弦量将转化成同步旋转坐标系中直流量，对直流给定PI调节器则可以实现无静差控制，从而提高稳态电流控制精度。并且旋转坐标系中存在有功电流和无功电流解耦，有助于实现VSR控制系统设计。在三相VSR d-q模型建立过程中，惯用到两类坐标变换，一类是将三相静止对称坐标系(a,b,c)变换成两相垂直静止坐标系(D，Q)；另一类是将三相静止对称坐标系(a,b,c)变换成二相似
37、步旋转坐标系(d，q)，或是将二相静止垂直坐标系(D，Q)变换成二相似步旋转坐标系(d，q)，以电流矢量为例，分别讨论两类坐标变换:1三相静止坐标系(a,b,c)到二相静止垂直坐标系(D，Q)变换图2-5表达了三相静止坐标系(a,b,c)与二相静止垂直坐标系(D,Q)空间位置关系。其中Q轴与a轴重叠，而D轴滞后a轴90度相角。若与Q轴间相角为，则在Q-D轴上投影满足： （2-18） 图2-5（D、Q）坐标系与（a、b、c）坐标系此外，在a、b、c三轴上投影为 （2-19）由三角函数关系及联立上式推得 （2-20） 定义零轴分量 （2-21） 联立式（2-20），（2-21）式，并写成矩阵形式
38、（2-22）两相静止坐标系(D，Q)到两相两步旋转坐标系（d，q）变换矩阵为 （2-23）2 三相静止坐标系(a,b,c)到二相似步旋转坐标系(d，q)变换在三相电路中，两相似步旋转坐标系（d，q）中q轴分量常表达有功分量，而d轴分量则惯用以表达无功分量，如图2-5所示。 在三相静止对称坐标系（a，b，c）中，、分别表达三相电网电动势矢量和电流矢量，并且、以电网基波角频率逆时针旋转。依照瞬时无功功率理论，在描述三相电量时，将两相旋转坐标系（d，q）中q轴与电网电动势矢量同轴。矢量（q 轴）方向电流分量 定义为有功电流，而比矢量E滞后相角轴（ d 轴）方向电流分量定义为无功电流。此外，初始条件下
39、，令 q轴与 a 轴重叠。 如图2-6所示，若令矢量与 a 轴相角为，q 轴与 a 轴相角为，则 （2-24）矢量在a，b，c 三相静止坐标轴投影为 （2-25） 图-6 坐标系（d,q) 坐标系（a,b,c）及矢量分解定义零轴分量为 （2-26） 联立上式可得 （2-27）式中旋转变量矩阵 （2-28）通过数学分析得三相VSR在两相dq同步旋转坐标系下数学模型为： （2-29） 3 三相VSR控制系统设计通过第2章对三相电压型PWM整流器工作原理分析，得出了通过控制网侧输入电流，就可以实现单位功率因数和PWM整流器四象限里运营，因此对网侧电流控制也是对整个系统控制核心。此外，在实际应用中，还
40、需要稳定直流侧电压，对这一目的采用电压外环控制加以实现。3.1 VSR电流控制VSR建模及工作原理分析表白，当其正常工作时，在可以稳定直流侧电压同步，实现网侧在受控功率因数条件下正弦波形电流控制。另一方面，当VSR应用于有源电力滤波器等领域时，对其网测电流控制决定了系统性能指标优劣。因而，VSR电流控制方略是十分重要。常规VSR控制系统普通采用双闭环控制，即电压外环和电流内环控制。当前，VSR电流控制技术依照与否引入电流闭环，分为两大类，即间接电流控制和直接电流控制。3.1.1 间接电流控制 间接电流控制或被称为相位幅值控制，顾名思义它不是直接对电流控制，其实质是通过PWM控制，在整流器交流器
41、产生幅值和相位都可以控制正弦电压，并使该电压与电网电压通过对电感作用，形成幅值和相位也可以控制正弦基波电流，从而达到控制电流目。尽管间接电流控制动态性能欠佳，但因其控制简朴、成本低廉，在对PWM整流器动态性能规定不高场合，间接电流控制依然有一定应用前景。应用SPWM技术，通过对调制电压控制就可以实现对整流器输入电压相位和幅值调节。为了稳定输出电压，间接电流控制需要引入电压闭环反馈。间接电流控制原理框图如图3-1。 图3-1 间接电流控制原理框图当整流器负载波动时，通过调节输入电压幅值和相位按一定轨迹移动，可以使整流器重新达到稳态且输入功率因数保持不变。事实上，间接控制方略目的就是依照检测到输出
42、电压和电网电压信号，控制整流器输入电压矢量按需要轨迹移动。间接电流控制虽有一定应用空间，但其缺陷却是不可忽视。其缺陷如下：（a） 系统动态性能不佳，整流器输入电感具备较大时间常数，而幅相控制没有采用任何办法补偿电感时滞作用；（b） 动态过程中存在直流电流偏移和很大电流过冲，而控制器自身没有限流功能，因而需要有过流保护；（c） 控制信号运算过程中乃至电路参数，控制信号对系统参数波动较为敏感。 针对上述缺陷，有某些改进办法，例如引入电流微分或动态解耦串联补偿，运用零极点对消原理可心改进整流器电流响应特性，在间接电流控制基本上增长功率因数角闭环，通过模糊控制器对交流侧电压幅值和相位进行前馈补偿，可心使PWM整流器在电网电压波动或电路参数变化等扰动下保护单位功率因数和稳定直流输出