基于虛擬磁鏈定向矢量控制的三電平PWM整流器仿真研究

1引言

隨著電力電子裝置的廣泛應(yīng)用，大量低功率因數(shù)的二極管不控整流和晶閘管相控整流設(shè)備僅能實(shí)現(xiàn)能量的單向輸送，對(duì)電網(wǎng)的諧波污染嚴(yán)重。可逆PWM整流器不僅具有能量可雙向傳輸、網(wǎng)側(cè)電流正弦及達(dá)到單位功率因數(shù)等特點(diǎn)，還解決了傳統(tǒng)整流裝置中存在的諸多問(wèn)題，近年來(lái)越來(lái)越受到關(guān)注，具有廣闊的應(yīng)用前景。在中高壓大功率的應(yīng)用場(chǎng)合，三電平PWM整流器應(yīng)用較為廣泛，它的功率因數(shù)達(dá)到1，具有兩電平所不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。目前三電平PWM整流器，主要采用電壓定向矢量控制方式，此時(shí)需要檢測(cè)電網(wǎng)電壓、輸入電流和直流母線電壓，眾多傳感器及其信號(hào)處理電路帶來(lái)高成本及復(fù)雜性問(wèn)題。因此，與電機(jī)高性能控制相類(lèi)似，以去掉傳感器為目的，降低系統(tǒng)成本和提高可靠性的“無(wú)傳感器”控制逐漸成為當(dāng)前PWM整流器的研究熱點(diǎn)。在三類(lèi)控制參數(shù)的采集當(dāng)中，網(wǎng)側(cè)電流和直流母線電壓傳感器除了用于系統(tǒng)控制外，還要用于電壓、電流的保護(hù)，這兩類(lèi)傳感器不宜去掉。因此，無(wú)網(wǎng)側(cè)電壓傳感器是PWM整流器實(shí)現(xiàn)的主流。在這其中，虛擬磁鏈技術(shù)以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，成為研究重點(diǎn)。

然而，目前此類(lèi)研究均著眼于兩電平拓?fù)?。此外，由于無(wú)網(wǎng)側(cè)電壓傳感器，整流器啟動(dòng)過(guò)程中存在過(guò)大的電流沖擊。為解決這一問(wèn)題，文獻(xiàn)[1]提出在初始時(shí)刻用零矢量來(lái)計(jì)算網(wǎng)側(cè)電壓的方法；文獻(xiàn)[2]將相同思想應(yīng)用到虛擬磁鏈的觀測(cè)中，但試驗(yàn)結(jié)果不甚理想，大電流仍無(wú)法避免。基于該背景，為將虛擬磁鏈技術(shù)應(yīng)用于三電平拓?fù)鋱?chǎng)合，并抑制系統(tǒng)啟動(dòng)過(guò)程中的浪涌電流沖擊，本文從三電平PWM整流器數(shù)學(xué)模型出發(fā)，推導(dǎo)出了虛擬磁鏈在三電平PWM整流器控制中的應(yīng)用方法，并進(jìn)行了仿真分析。

2虛擬電網(wǎng)磁鏈的引入

二極管箝位三電平PWM整流器拓?fù)淙鐖D1所示。

圖1三電平PWM整流器主電路拓?fù)?/p>

按照可能的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，引入三電平整流橋三相橋臂的開(kāi)關(guān)函數(shù)sip、sin（i=a,b,c）為：

若S1i,S2i開(kāi)通，S3i,S4i關(guān)斷，則sip=1,sio=0,sin=0；

若S2i,S3i開(kāi)通，S1i,,S4i關(guān)斷，則sip=0,sio=1,sin=0；

若S3i,S4i開(kāi)通，S1i,S2i關(guān)斷，則sip=0,sio=0,sin=1。