郭旭剛，金新民，馬添翼

(1.中國鐵道科學研究院機車車輛研究所，北京 100081；2.北京交通大學電氣工程學院，北京 100044)

PWM整流器18扇區(qū)控制算法的研究

郭旭剛1，金新民2，馬添翼2

(1.中國鐵道科學研究院機車車輛研究所，北京 100081；2.北京交通大學電氣工程學院，北京 100044)

通過仿真分析了傳統(tǒng)直接功率控制系統(tǒng)的原理及性能，并在PWM整流器的功率數(shù)學模型下分析了各開關矢量對瞬時功率的不同影響。在M at l ab/Simu l ink環(huán)境下，搭建了基于18扇區(qū)的通用開關表直接功率控制系統(tǒng)的仿真模型，并與傳統(tǒng)的開關表控制進行比較。仿真結果表明：基于18扇區(qū)的控制系統(tǒng)明顯改善了對無功和有功的調(diào)節(jié)能力，系統(tǒng)控制性能得到了提高，同時驗證了基于18扇區(qū)開關表控制策略的可行性。

PWM整流器；直接功率控制；開關表；18扇區(qū)；瞬時功率

由于PWM整流器具有能量雙向流動、恒定直流電壓控制、低諧波輸入電流、小容量濾波器及高功率因數(shù)的優(yōu)點，故被廣泛應用于單位功率因數(shù)整流、有源濾波及無功補償、交流傳動等變流控制中。然而直接功率控制（DPC）與常用的電流控制相比具有結構和算法簡單、無PWM調(diào)制模塊、高功率因數(shù)、低諧波、動靜態(tài)性能良好等優(yōu)點。傳統(tǒng)直接功率控制策略采用一個邏輯開關表同時對有功和無功進行調(diào)節(jié)，導致啟動暫態(tài)過程和穩(wěn)態(tài)時負載擾動時直流電壓及功率出現(xiàn)了較大的波動，影響了整流器的性能[1]。本文在PWM整流器的功率數(shù)學模型下分析了各開關矢量對瞬時功率的不同影響，采用了基于18扇區(qū)的通用開關表控制的策略，負載擾動時功率和直流電壓波動現(xiàn)象得到明顯改善，仿真結果也驗證了新控制策略的可行性。

1 三相電壓型PWM整流器的數(shù)學模型

圖1為網(wǎng)側變流器拓撲電路，該拓撲電路由交流回路、整流橋電路以及直流回路組成[2]。其中Ea、Eb、Ec為電網(wǎng)相電壓，L為網(wǎng)側電感，ia、ib、ic為交流側電流，iL為負載電流，Vdc為直流電容兩端電壓。

圖1 網(wǎng)側變流器拓撲電路

為了分析方便，定義單極性開關函數(shù)Sk，其中k=(a,b,c)，則Sk為：

靜止ABC坐標系下PWM整流器數(shù)學模型：式（1）中的Vn0指下橋臂節(jié)點N與電源中性點O之間的電壓。

2 開關矢量對有功無功作用區(qū)域的劃分

3 電壓型PWM整流器的直接功率控制

三相電壓型18扇區(qū)開關表[1]DPC系統(tǒng)結構圖如圖5所示，主要由主電路（如圖1）和控制電路組成?？刂齐娐酚芍绷麟妷和猸h(huán)和功率內(nèi)環(huán)（包括交流電壓電流測量電路、直流電壓檢測電路、3/2變換、功率估算器、扇形劃分器、功率滯環(huán)比較器、開關表選擇器）組成。

4 動態(tài)仿真驗證及分析

5 結論

本文通過仿真分析了傳統(tǒng)直接功率控制系統(tǒng)的原理及性能，發(fā)現(xiàn)負載擾動時功率及直流電壓出現(xiàn)了較大的波動。在Matlab/Simulink環(huán)境下，搭建了基于18扇區(qū)通用開關表直接功率控制系統(tǒng)的仿真模型，通過與傳統(tǒng)的直接功率控制比較，基于18扇區(qū)的控制系統(tǒng)明顯改善了對無功和有功的調(diào)節(jié)能力，系統(tǒng)控制性能得到了提高，同時驗證了基于18扇區(qū)開關表控制策略的可行性。

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[4] 王久和,李華德.一種新的電壓型PWM整流器直接功率控制策略[J].中國電機工程學報,2005,25(16):47-52.

[5] 王久和,李華德.設置扇形邊界死區(qū)的電壓型PWM整流器直接功率控制[J].北京科技大學學報,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

郭旭剛（1986—），男，山西省人，碩士，研究實習員，主要研究方向為電力電子與電力傳動。