三相PWM變換器矢量控制與直接功率控制研究

1 引言

三相PWM變換器應(yīng)用廣泛，在整流、有源濾波、交流傳動(dòng)等控制中都具有較好的性能。

三相PWM變換器控制策略主要有矢量控制與DPC。矢量控制又可分為電網(wǎng)電壓定向與虛擬磁鏈定向兩種。其中電網(wǎng)電壓定向結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制效果好，技術(shù)成熟，得到廣泛運(yùn)用;而虛擬磁鏈定向雖可省去電壓傳感器，但磁鏈計(jì)算的精確程度會(huì)增加控制的復(fù)雜性。DPC原理類似于直接轉(zhuǎn)矩控制，通過分析變換器的不同電壓矢量在每個(gè)扇區(qū)對(duì)電網(wǎng)輸入(輸出)瞬時(shí)功率的控制作用，制定開關(guān)表進(jìn)行控制。相較矢量控制，DPC具有算法簡(jiǎn)單、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快的優(yōu)點(diǎn)。

在此根據(jù)三相PWM變換器的數(shù)學(xué)模型，采用電網(wǎng)電壓定向的矢量控制與滯環(huán)控制的DPC策略，構(gòu)建了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)兩種控制策略進(jìn)行分析比較。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，矢量控制與DPC均能實(shí)現(xiàn)直流母線電壓與電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)的穩(wěn)定、可調(diào)。其中矢量控制穩(wěn)態(tài)效果較好，DPC動(dòng)態(tài)響應(yīng)較快。

2 變換器數(shù)學(xué)模型及矢量控制策略

2.1 三相PWM變換器數(shù)學(xué)模型

三相PWM變換器的數(shù)學(xué)模型是對(duì)其進(jìn)行動(dòng)態(tài)、穩(wěn)態(tài)運(yùn)行分析和控制的基礎(chǔ)，其主電路見圖1。

根據(jù)圖1可得三相PWM變換器在同步旋轉(zhuǎn)d，q坐標(biāo)系下的電壓方程為：

式中：igd，igq為網(wǎng)側(cè)電流d，q軸分量;ugd，ugq為電網(wǎng)電壓d，q軸分量;uod，uoq為三相變換器輸出電壓d，q軸分量。

2.2 電網(wǎng)電壓定向的矢量控制策略

三相PWM變換器采用電網(wǎng)電壓定向矢量控制，將d軸定向于電網(wǎng)電壓合成矢量ug方向，q軸超前d軸90°，空間矢量圖如圖2所示。

采用電網(wǎng)電壓定向矢量控制策略：ugd=Ug，ugq=0，其中Ug為電網(wǎng)電壓矢量的幅值。

將定向條件代入式(1)有：

由式(2)可得如圖3所示的三相PWM變換器矢量控制結(jié)構(gòu)框圖。

3 三相PWM變換器的直接功率控制

采用電網(wǎng)磁鏈?zhǔn)噶慷ㄏ?，即將坐?biāo)系d軸定向于電網(wǎng)磁鏈?zhǔn)噶?，空間矢量圖如圖4所示。