摘 要：電能高效無(wú)污染的利用，是全球長(zhǎng)期追求的指標(biāo)之一，變流裝置綠色化尤為重要。ABB公司創(chuàng)新設(shè)計(jì)船載直流電網(wǎng)，將船舶能效提升20%左右，并將電氣設(shè)備的占地面積和重量減少30%左右，所產(chǎn)生的電力直接饋入或通過(guò)整流器將電能分配給船上用電設(shè)備的公共直流匯流排。此系統(tǒng)可用于高達(dá)20MW的船舶電氣應(yīng)用并運(yùn)行在額定電壓1000VDC，直流側(cè)穩(wěn)定性。本課題建立整流器VF-DPC模型，引進(jìn)了虛擬磁鏈觀測(cè)的方法和SVPWM控制，利用智能控制在線尋優(yōu)，實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)能量的雙向傳輸、單功率因數(shù)、諧波濾波和直流電網(wǎng)交流側(cè)電流正弦化。

關(guān)鍵詞：整流器VF-DPC模型；虛擬磁鏈觀測(cè)；SVPWM控制；智能控制

1 直流電網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀

直流電網(wǎng)較交流電網(wǎng)具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：減少燃油損耗；磨損更??；簡(jiǎn)單省時(shí)；快速響應(yīng)，系統(tǒng)無(wú)需同步；噪聲更輕，震動(dòng)更??；更加環(huán)保。

直流電網(wǎng)較交流電網(wǎng)具有以下幾個(gè)缺點(diǎn)：直流電網(wǎng)價(jià)格高；斷路器的設(shè)計(jì)要求高；無(wú)功補(bǔ)償量大；維護(hù)費(fèi)用高；諧波干擾，需要較好的濾波器。

因此現(xiàn)階段直流電網(wǎng)被應(yīng)用于船載直流電網(wǎng)，某些小型的供電系統(tǒng)，具體大電網(wǎng)應(yīng)用直流電網(wǎng)還需要一定的技術(shù)發(fā)展。文章研究能量雙向流動(dòng)的VF-DPC電壓型整流器，確保了直流側(cè)電壓的穩(wěn)定性，確保了交流側(cè)電流正弦化，同時(shí)虛擬磁鏈有效的抑制了諧波，對(duì)直流電網(wǎng)的發(fā)展有著重要意義。

2 電壓型PWM整流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

圖1為三相電壓型主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，是半橋電路。而三相全橋會(huì)比三相半橋更適應(yīng)于電網(wǎng)不平衡的條件，硬件成本高。但是由于本課題在電網(wǎng)平衡條件下研究，所以采用三相半橋電路。這里用IGBT，原因：第一，二極管整流，對(duì)電網(wǎng)造成了“污染”；第二，諧波大，對(duì)于晶閘管。

3 三相電壓型PWM整流器的工作原理

整流器交流側(cè)輸入認(rèn)為是三相正弦電流。而直流側(cè)的電容起到穩(wěn)壓作用輸出呈直流電壓源特性。其單相交流側(cè)等效電路如圖2所示。

功率開關(guān)管橋路以及直流回路組成當(dāng)不計(jì)功率開關(guān)管橋路損耗時(shí)，由交、直流側(cè)功率平衡關(guān)系：

由于所加載的電阻R較小，則基本可以忽略，則

方程（2）中e是由電網(wǎng)電壓決定的，VL恒定相位超前電流iA的相位？仔/2。

PWM整流器的四象限運(yùn)行，可以用來(lái)控制交流側(cè)電壓和交流側(cè)的電流，通過(guò)反饋控制來(lái)網(wǎng)側(cè)電流。

4 三相電壓型PWM整流器的直接功率控制

直接功率控制主要是控制有功功率和無(wú)功功率，VOC，電流矢量的幅值以及相位，間接控制有功無(wú)功功率，從而控制輸出端電壓。

DPC與VOC的區(qū)別：DPC是基于電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的方法轉(zhuǎn)換而來(lái)，并非是把功率換算成電流去實(shí)現(xiàn)電流內(nèi)環(huán)控制，而是PWM整流器輸出的瞬時(shí)有功無(wú)功功率作為控制量實(shí)現(xiàn)的直接功率閉環(huán)控制。文章主要研究比較先進(jìn)的VF-DPC系統(tǒng)。利用坐標(biāo)變換將3S/2S電壓電流瞬時(shí)值變換成兩相正交坐標(biāo)系。其中的clark、park和ipark坐標(biāo)變換這里不作過(guò)多介紹。

瞬時(shí)功率理論與仿真模型如下：

從式3中可以看出來(lái)，瞬時(shí)有功功率和瞬時(shí)無(wú)功功率的變化與交流側(cè)電感能量有著密切的關(guān)系。在從式3中觀察，可發(fā)現(xiàn)無(wú)功功率與d沒有關(guān)系，也就是與直流側(cè)能量不傳遞，但是可以看出來(lái)有功功率在整流器的交直流側(cè)進(jìn)行雙向能量流動(dòng)，形成了功率環(huán)，確保了直流側(cè)電壓的穩(wěn)定性，體現(xiàn)了整流器的非線性控制優(yōu)越性。

虛擬磁鏈的瞬時(shí)功率估算模型，利用虛擬磁鏈估算模塊省去了電壓傳感器。其中的SA，SB，SC是開關(guān)矢量表開關(guān)函數(shù)信號(hào)，其中的Udc是由電壓傳感器直接測(cè)量而得。電流則是由電流傳感器測(cè)量而得，經(jīng)過(guò)clark變換成？琢？茁坐標(biāo)系而得。虛擬磁鏈的輸出為瞬時(shí)有功功率和瞬時(shí)無(wú)功功率的觀測(cè)值也即為實(shí)際值。

5 仿真模型和仿真結(jié)果

電壓型PWM整流器VF-DPC系統(tǒng)框圖可以在參考文獻(xiàn)中查閱，不再附圖。根據(jù)系統(tǒng)框圖在simulink中建立模型。并在直流電網(wǎng)模型中運(yùn)行該模型，其直流側(cè)電壓仿真結(jié)果如下：

從圖3可以得出，在剛啟動(dòng)空載時(shí)波形有了大的超調(diào)量但是能夠保持電壓的穩(wěn)定性，在0.2s突加負(fù)載的時(shí)候直流側(cè)電壓在負(fù)載的沖擊下突然減小，隨后繼續(xù)保持穩(wěn)定在1000V。

從圖4可以得出，當(dāng)加入100電阻時(shí)，啟動(dòng)瞬間整流器處于整流狀態(tài)，瞬時(shí)有功功率和無(wú)功功率同時(shí)減小，無(wú)功功率轉(zhuǎn)化為有功功率，同時(shí)向直流側(cè)傳輸，在0.05S的時(shí)候達(dá)到穩(wěn)定。

利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱，粒子群算法，BP算法和模糊專家控制對(duì)數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行在線優(yōu)化，可以優(yōu)化波形的超調(diào)量和響應(yīng)時(shí)間。

6 結(jié)束語(yǔ)

文章驗(yàn)證了電壓型PWM整流器VF-DPC系統(tǒng)在直流電網(wǎng)中的仿真應(yīng)用，并用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析在線尋優(yōu)，參數(shù)得到了優(yōu)化。此綠色整流器符合預(yù)期，利用智能控制對(duì)直流電網(wǎng)工業(yè)應(yīng)用有著重要的意義。

參考文獻(xiàn)

[1]溫家良，吳銳，彭暢，等.直流電網(wǎng)在中國(guó)的應(yīng)用前景分析[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2012，32（13）：7-12.

[2]龐中華，崔紅.系統(tǒng)識(shí)別與自適應(yīng)控制MATLAB仿真[M].北京：北京航空航天大學(xué)，2009：27-28.

[3]王久和，李華德.改善電壓型PWM整流器DPC系統(tǒng)性能的策略[J].電氣傳動(dòng)，2005，35（8）：40-43.