李玲玉 盧秀和

摘 要：文章介紹了PWM整流器的主要控制技術(shù)，并對其各自的原理、特點(diǎn)進(jìn)行了分析與總結(jié)。對其中的滯環(huán)電流控制、固定開關(guān)頻率PWM控制、預(yù)測電流控制、單周期控制、空間矢量PWM控制、直接功率控制技術(shù)進(jìn)行比較，得出各種控制技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)。并綜合國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀預(yù)測了控制技術(shù)未來的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：PWM整流器；SVPWM算法；直接功率控制

中圖分類號：TM461 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）13-0164-02

Abstract： This paper introduces the main control technology of PWM rectifier， and analyzes and summarizes their respective principles and characteristics. The hysteresis current control， fixed switching frequency PWM control， predictive current control， single cycle control， space vector PWM control， direct power control technology are compared， and the advantages and disadvantages of various control techniques are obtained. The future development direction of control technology is forecast by synthesizing the present situation of development at home and abroad.

Keywords： PWM rectifier； SVPWM algorithm； direct power control

1 概述

PWM整流器由于其能夠控制網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)和穩(wěn)定直流側(cè)輸出電壓的優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。為改善系統(tǒng)的工作性能，減少電網(wǎng)諧波污染，提高能源的利用效率，國內(nèi)外對于其控制技術(shù)的研究早已悄然展開。因控制技術(shù)對整流器的重要作用，本文介紹了PWM整流器的幾種主要控制技術(shù)的原理、特點(diǎn)。對比得出各種技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，并結(jié)合國內(nèi)外發(fā)展對以后的研究方向進(jìn)行預(yù)測。

2 電壓型PWM整流器控制技術(shù)

對于目前普遍應(yīng)用的電壓型PWM整流器，其性能的的實(shí)現(xiàn)要具有如下特點(diǎn)：一是能夠保證交流側(cè)電壓電流同相位，使整流器單位功率因數(shù)運(yùn)行。二是可以穩(wěn)定直流側(cè)母線電壓的輸出，維持中點(diǎn)點(diǎn)位平衡。國內(nèi)外已有許多文獻(xiàn)提出了整流器的各種調(diào)制方法，文章簡要地介紹各種控制技術(shù)。

2.1 滯環(huán)電流控制

滯環(huán)電流控制的設(shè)計(jì)思路如圖1所示，其主要思想將獲取的指令電流值與采樣得到的實(shí)際電流值，經(jīng)比較后輸出到滯環(huán)比較器產(chǎn)生PWM波形。優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)簡單、容易實(shí)現(xiàn)、魯棒性好，但同時存在開關(guān)頻率不固定等缺點(diǎn)。

2.2 固定開關(guān)頻率PWM控制

其設(shè)計(jì)理念是將采樣到的電流值與指令電流值做比例和限幅調(diào)節(jié)后進(jìn)行三角調(diào)制，輸出寬度相同的脈沖波形，來控制開關(guān)的導(dǎo)通順序。原理如圖2，這種控制方法開關(guān)頻率固定，缺點(diǎn)是由于PI調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)的引入導(dǎo)致電流動態(tài)響應(yīng)速度變慢，無法實(shí)現(xiàn)對指令電流的準(zhǔn)確定位及跟蹤。

2.3 預(yù)測電流控制

預(yù)測電流控制原理如圖3。根據(jù)預(yù)測未來的電流值來確定目前的實(shí)際工作狀態(tài)，進(jìn)而控制輸出脈沖的波形，屬于先預(yù)判后動作。這種方法易于參數(shù)整定，但魯棒性較差。

2.4 單周期控制

單周期控制的重點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)對占空比的調(diào)制。再通過相關(guān)的信號采集與計(jì)算，最終生成占空比符合要求的PWM波形，其原理如圖4。該控制技術(shù)開關(guān)頻率固定，且易于數(shù)字控制、魯棒性強(qiáng)。但缺點(diǎn)是動態(tài)響應(yīng)較慢，靈敏度較差。

2.5 空間矢量PWM控制

空間矢量PWM控制的設(shè)計(jì)思路（如圖5）是經(jīng)一系列的坐標(biāo)變換與邏輯運(yùn)算，主要實(shí)現(xiàn)的是實(shí)際電壓矢量對指令電壓矢量的無誤差跟蹤。這種控制方法使得直流側(cè)母線電壓利用率提高，但同時由于PI控制技術(shù)的引入，使系統(tǒng)的動態(tài)性能變慢。

2.6 直接功率控制

實(shí)現(xiàn)了對瞬時功率調(diào)制的直接功率控制是調(diào)制技術(shù)的一大突出進(jìn)步（如圖6）。電壓控制外環(huán)輸出參考有功功率值。功率內(nèi)環(huán)對檢測到的電流、電壓進(jìn)行計(jì)算，得到以P、Q為變量的功率內(nèi)環(huán)表達(dá)式。為保證整理器運(yùn)行于單位功率，有功功率的給定值應(yīng)為0。直接功率控制的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高、魯棒性較強(qiáng)，缺點(diǎn)在于對開關(guān)表的設(shè)計(jì)過于復(fù)雜。

3 控制技術(shù)發(fā)展方向

文章對整流器的控制技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的分析與綜述，相信隨著科技的不斷發(fā)展與進(jìn)步，對控制技術(shù)的研究也將拓展到如下領(lǐng)域：

3.1 電網(wǎng)不平衡條件下控制技術(shù)的研究

由于在實(shí)際的應(yīng)用中，三相電網(wǎng)電壓的不平衡會引起網(wǎng)側(cè)電流產(chǎn)生諧波，造成電網(wǎng)污染，因而對其的研究是必要的。

3.2 智能控制方法的研究

由于目前所研究的控制技術(shù)所要建立的系統(tǒng)完善的數(shù)學(xué)模型計(jì)算相對復(fù)雜，然而智能控制策略僅需建立電流波形為正弦的非機(jī)理模型，就可實(shí)現(xiàn)整流器單位功率運(yùn)行。對智能技術(shù)的開發(fā)是切實(shí)可行的。

3.3 逆變控制策略和并網(wǎng)技術(shù)的研究

隨著新能源技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用，逆變控制策略和并網(wǎng)技術(shù)將在不久的將來步入優(yōu)秀控制技術(shù)的舞臺。

4 結(jié)束語

控制技術(shù)的發(fā)展是PWM整流器發(fā)展的關(guān)鍵，本文綜述了PWM整流器的主要控制技術(shù)，對其原理、特點(diǎn)及實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了比對，并結(jié)合國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀預(yù)測了以后控制技術(shù)的發(fā)展方向。相信隨著科技的進(jìn)一步開發(fā)與應(yīng)用，PWM整流器將得到更廣泛的應(yīng)用。

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