無(wú)電網(wǎng)電壓傳感器三電平PWM整流器研究

摘要：在大功率三電平整流器應用中，為降低成本、提高性能，研究了一種無(wú)電網(wǎng)電壓傳感器三電平PWM整流器。在分析其數學(xué)模型的基礎上，采用三電平SVPWM簡(jiǎn)化算法，將傳統兩電平電壓空間矢量控制算法應用于三電平，并結合一種新穎的虛擬磁鏈觀(guān)測器，提出了基于虛擬電網(wǎng)磁鏈定向的三電平PWM整流器矢量控制策略，在雙三電平變頻器系統中對其進(jìn)行實(shí)驗研究。實(shí)驗結果表明，該三電平PWM整流器可較好地穩定直流母線(xiàn)電壓，提高整流器功率因數，并具有良好的動(dòng)靜態(tài)特性。
關(guān)鍵詞：整流器；無(wú)傳感器；虛擬磁鏈

1 引言
PWM整流器因其具有輸入電流正弦、功率因數可控、能量雙向流動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)獲得廣泛應用。三電平PWM整流器能在相對較低的開(kāi)關(guān)頻率下產(chǎn)生較好波形，并顯著(zhù)提高開(kāi)關(guān)器件耐壓等級，在大功率應用場(chǎng)合已逐步取代兩電平。為降低復雜度，提高可靠性，基于虛擬電網(wǎng)磁鏈定向的PWM整流器無(wú)電網(wǎng)電壓傳感器矢量控制成為研究熱點(diǎn)。此處采用三電平SVPWM簡(jiǎn)化算法，并結合一種新穎的虛擬磁鏈觀(guān)測器，實(shí)現對三電平PWM整流器基于虛擬磁鏈定向的無(wú)電網(wǎng)電壓傳感器矢量控制，并通過(guò)實(shí)驗驗證了該方案的可行性。

2 三電平PWM整流器數學(xué)模型
圖1示出二極管中點(diǎn)箝位型三電平PWM整流器主電路。三電平整流器每相橋臂均由4個(gè)功率開(kāi)關(guān)管和2個(gè)箝位二極管組成，其本質(zhì)是通過(guò)控制VSi1-VSi4(i=a，b，c)的開(kāi)通和關(guān)斷，使得交流側三相輸入電流ia，ib，ic正弦化，功率因數接近1，同時(shí)維持直流側輸出電壓Udc平衡。

由于三電平PWM整流器相似于逆變器供電的交流電機定子電路，故可采用類(lèi)似于交流電機磁鏈觀(guān)測的方法構造出虛擬的電網(wǎng)磁鏈矢量，作為三電平PWM整流器矢量控制中的定向矢量，從而實(shí)現取消電網(wǎng)側電壓傳感器、降低成本的目的。即可將整流器電網(wǎng)側視作一臺無(wú)限大由逆變器供電、以同步轉速恒速運行、定子電阻和漏感分別為Rs和Ls的虛擬電機，其中電網(wǎng)電壓相當于虛擬電機的氣隙磁場(chǎng)在定子繞組中產(chǎn)生的感應電勢。
在此直接給出虛擬電網(wǎng)磁鏈定向d，q旋轉坐標系下三電平整流器數學(xué)模型：

經(jīng)坐標變換后，對稱(chēng)的三相正弦變量可變換為d，q軸上的恒定直流量，更加便于三電平整流器的研究與控制。