基于直接功率控制的PWM整流器
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作者: 李长硕 谭丽
摘 要：PWM整流器对我们来说并不是那么陌生了，它具有输出电压恒定和能够实现单位功率因数运行等特点，这种整流器可以说让电能回馈，形成了绿色变换。应该不断的利用直接功率的传输，来解决这一问题。本文主要简单介绍了直流功率控制的PWM整流器，然后介绍他们的算法，最后介绍了PWM在直接功率的作用下的主要应用。
关键词：直接功率；PWM整流器；调整控制
中图分类号：TM461 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 10-0196-01
作为PWM整流器，它的优点比较多，比如说具有恒定直流电压控制、电网侧电流谐波低、单位功率因数、能量双向流动等等。如果我们能够做到广泛的应用这个技术，那么就会使得整流、有源滤波、无功补偿和交流传动等系统中得到充分的应用。就目前的情况来说PWM整流器的控制策略在国内应用的较为广泛的是间接电流控制和直接电流控制。还有一种直接功率控制，这种功率在我国并没有得到足够的应用。
一、直接功率控制的PWM整流器的简介
现如今PWM整流器凭借其优良的性能和潜在的优势正在被广泛地应用，如今已经成为了电力电子技术研究的热点。PWM整流器有着多种优点，它们具有输出电压恒定、实现单位功率因数运行的特点，能够实现真正的绿色变换。提高电能的传输和利用效率，从而解决电网“污染”的问题。当PWM整流器进入到了稳态的工作状态之后，这时候输出的直流电压就会呈现恒定的状态，使得整流桥的三相桥臂能够按照正弦的脉宽从而调制规律驱动。当出现开关频率很高的情况下，由于这时的电感器的滤波会产生的作用，所以整个高次谐波电压所产生出的谐波电流就会非常的小。这时的我们如果排除其他的原因，只是考虑电流和电压发生的基波，这时就容易的很多，可以把整流桥看作是一个理想的三相交流电压源，这样就不那么复杂了。特别应该注意的是应该适当的调节操控量的数值和相位，这种做法可以操控传入电流的相应相位，达到改变功率因数的目的，在这当中，应该以操控传入变换器的能量对待整个操控传入电流的数值，这时也就能够操控直流的电压。可见传入电流和输出电压是PWM整流器的操控目标，而输人电流的关键是操控是整流器操控。常见的PWM整流器可以分为按照五类进行划分：按照直流储能形式分类，可以分为电压型和电流型两种；如果按照电网的相数进行分类，可以分为单相电路、三相电路以及多相电路三种；按着PWM的开关进行调制可分为两类，硬开关调制和软开关调制；按着桥路结构进行分类，也分为两类，半桥电路和全桥电路；最后可以按调制电平进行分类，可分为二电平电路、三电平电路、多电平电路三种。直接功率控制PWM整流器工作原理及其数学模型，针对电压定向直接功率控制系统的组成，并且能够在传统的开关表基础上，主要引入虚拟磁链的概念，并且按照直流的电压，能够给出虚拟磁链定向的无电压传感器直接功率的控制策略，最终达到实现PWM整流器无交流电压传感器控制的主要目的。根据相应的实验结果表明，不难发现，基于电压定向的直接功率控制具有高功率因数的特点，整个过程都以高效率、算法及系统结构简单，动态响应快等优点著称。我们会出现基于虚拟磁链定向的无交流电压传感器直接功率控制，这样就可以达到与获得电压定向直接功率控制的同样效果。
二、直接功率控制的PWM整流器算法
对于直接功率控制的PWM整流器的算法，谐波抑制与无功补偿方向的一个研究热点是交流侧功率因数高、输入电流谐波小、挂网为无污染绿色负载三种关系。或者可以根据PWM整流器的控制策略，通过坐标变换可以通过坐标变换将输入三相电流转化为d轴电流有功分量和q轴无功分量，分为有功电流控制功率传输，无功电流调节功率因数两种电流方式，同时还应该确保直流输出侧电压的稳定性，这一点十分重要。这种控制过程能够不断获取电源电压矢量的实时位置，还能正确计算各电流分量，且功率器件的通断信号要用正弦脉宽调制或者空间矢量调制才能生成，所以整个直接功率控制的PWM整流器算法的运算量很大、而且实时性的要求很高，并且控制系统的参数的整定都会变得很困难。整个过程的最好的解决办法就是有效的利用计算机仿真技术，能够展现出控制效果，做出各个重要物理量的动态响应曲线。在计算的过程中会遇到多种困难，由于整个过程会使用滞环控制器，所以整个系统的开关频率的变化是很大的，整个过程就会无形的得到困难。应该时时的对各个直流侧输出电压进行检测，应该保证交流输入侧的电流波的形成质量，各个物理量要足够高采样频率，交流输入侧需检测电压、电流信号。
三、对PWM整流器的直接功率控制
（一）直接功率控制的基本原理
直接功率控制的基本原理是因为学者受到了鼠笼型异步电机直接转矩控制的启发，然后对此进行研究，主要通过变速恒频双馈风力发电系统的直接功率控制。直接功率的主要原理是当采用定子磁链矢量定向之后，有机功率和无机功率都会得到相应的影响，转子的T轴分量能够影响发电机的有功功率，它的M轴分量只能影响发电机的无功功率。如果说举例将转子的电流分量iMr=0，这时转子的电流分量就会从iTr到0，然后逐步增加到满载，此时的转子磁链的轨迹就会发生严重的变化，转子的磁链和定子磁链之间的角度会因为这种变化也会发生相应的改变，随之改变也会得到变化，但是转子的磁链幅值却是基本不变的。如果将转子电流分量iTr为常数的情况下，电流的分量就会从iMr到0，然后逐步增加到额定的一定数值时，这时会使得转子磁链幅值发生一定的变化，出现的转子磁链和定子磁链之间的角度不会因为他们的变化而变化，基本保持不变的。
（二）PWM整流器的直接功率控制
在处于MATLAB/SIMULINK的大环境下，一旦搭建了PWM整流器直接功率控制的模型，这时就会容易的多，可以采用基于电压定向的直接功率控制，如果搭建了一个PWM整流器直接功率控制的实验平台，会使得整个调试过程简单很多，能够不断的优化控制参数，最终完成直接功率控制实验的计划。不难发现，PWM整流器基于电压定向的直接功率控制具有高功率因数，高效率、动态响应快、算法及系统结构简单等多个优点。所以整个PWM整流器用到直接功率的控制得到无限的好处。
综上所述，本文所阐述的直接功率控制下的PWM整流器，通过对它的计算和控制，我们更加了解这一设备，能够利用虚拟磁链估计器代替电压传感器，研究的结果可以使得系统具有完善的结构和简明的算法，使得整个动态的响应都很快，得到高功率的因数，最终达到双方满意的效果。
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