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《含有源滤波功能的三相PWM整流器的直接功率控制》 摘要 基于直接功率控制和空间电压矢量控制（DPC-SVM）的含高次谐波补偿功能的三相PWM整流器，关于它的虚拟通量的论述结果已经发表了。有功功率和无功功率作为PWM整流器和有源滤波器的控制变量，从而坐标转换的算法已淘汰。已经取得了PWM整流器和有源滤波控制的静态特性和动态特性的仿真结论和实验的研究成果。DPC-SVM的主要优点是：运算简便、动态性能好、开关频率恒定；另外，用虚拟参数模拟器代替电压传感器，而且能够帮助我们在线电压畸变的情况下获得正弦型电流。 关键字：三相功率因数补偿，PWM整流器，直接功率控制，有源滤波 引言 二极管或者晶闸管整流器一类的设备在使用中谐波是一个常见问题，谐波的存在会引起在电网间形成非正弦电流。一些解决污染问题的方案已经提出来了，这些方案就是为了适应电力电子器件越来越严格的谐波电流要求而提出的。其中，有源功率滤波器和PWM整流器就是两个典型的例子，它们具有共同的电路配置以及相同的控制原则。 有源滤波器不仅能够补偿谐波电流而且能够补偿无功功率和不平衡负载。大量的设计和控制的实践表明了有源滤波器有着很广泛的应用。 作为一种无污染的正弦电流输入设备，PWM整流器正变得越来越受人们的欢迎，因为它具有以下优点： - 输出精确地直流电压变化规律， - 低次谐波的线电流失真， - 电流波形是理想的正弦曲线， - 输入功率因数近似于1， - 双向的功率通道。 这篇文章还探究了含有源滤波功能的PWM整流器，这项研究使得PWM整流器和有源滤波器能够有机的合。因此，PWM整流器提供了对负载和交流线电压的补偿（图 1）。一些学者明确的论证过这一理论。然而，此文章中提出了关于这个课题的新方案。用空间电压矢量控制（SVM）与直接功率控制相结合的控制（DPC）策略来控制PWM整流器。由于DPC-SVM实现了交流线电压无传感控制，获得电压失真时的正弦线电流；PWM整流器也实现了开关频率的恒定控制。 图1 PWM整流器的直接功率控制方框图 二、基于虚拟通量运算法则的有源和无源功率估算 出于经济效益考虑用虚拟通量估算法取代交流线电压传感器法。虚拟通量估算法是假设母线功率提供的电压和一个数量与虚拟的交流电动机相结合形成的交流传感器之间关系的算法(图 2)。R和L分别代表虚拟电动机的定子绕组和漏电感。相与相之间的线电压：Uab,Ubc,Uca都是用来描述虚拟通量的。因此集成电压形成一个虚拟通量矢量，用固定的坐标表示如 图2 三相PWM整流器系统与交流侧作为虚拟交流电动机 而 PWM整流器的控制是假设电感的变化和整流电源引起的电压降落控制着输入电流的变化而实现。它就说明线电压等于整流电压与电感电压之和 同理，虚拟通量表示如下： 图3参考坐标和向量:ΨL——虚拟线通量矢量,ΨS——虚拟通量矢量的转换器；ΨL——虚拟通量矢量的电感；Us——变换器电压矢量；uL -线电压矢量；uI -电感电压向量；iL -线电流矢量。 在固定坐标系统中，虚拟通量可以通过直流线电压、SVM调制解调器的工作周期、、表示如下： 功率估量可以用输入整流电流,以及虚拟估量参数、表示。线电压可写做： 实际上，忽略R，得 通过复杂的计数法，瞬时功率可以表示如下： * 表示共轭线电流矢量。用虚拟通量表示线电压如下： 表示空间矢量和的振幅。 因此可得 和 正弦线电压的平衡值为0。瞬时有功和无功功率可表示为： 图4 表示虚拟通量方框图和包含有源滤波器函数的功率估计量 图4估计量的方框图 三、PWM有源滤波函数的控制计算 如图5 所示，计算分为两部分：有源整流器和有源滤波器。具体如下: 图5控制策略的方框图 A、PWM整流控制 控制器（未含PI交流电压的控制器）的控制过程是有功功率和无功功率（令0，得单位功率因数）分别与估量参数瞬时值p和q的比较。直流参数和稳态误差引起了PI控制器的误差。PI控制器输出信号经转换后可表示为： 而 此输出信号作为空间电压矢量控制的一个参考信号。DPC-SVM控制下PWM整流器仿真和实验结果如图6、图7所示。 图6脉宽调制整流器运行以失真的线电压:a)稳态:线电压(Ua)、线电流(isa) 的拟波形电流(THD= 2.7%);b)动态响应:线电压(Ua)、线电流(isa)、有功无功功率 图7实验波形以失真的线电压稳态a)从顶部:线电压、线电流(10 A / div)THD= 2,6%,b)瞬态的的阶跃变化的负载在dpc svm:从顶部负荷增加:线电压、线电(10 A / div),主动和无功功率 B、有源滤波控制 在1983年，Akagi提出了“三相电路中瞬时无功功率的广义定义”，