利用空間矢量提升航空高功率因數整流的研究

現代飛機越來(lái)越多地采用電力作動(dòng)技術(shù)，大量先進(jìn)機載用電設備的應用使得飛機供電系統容量迅速增加。傳統的變壓整流器和非線(xiàn)性負載的大量使用使電網(wǎng)中電流諧波含量較高，對飛機供電系統和供電質(zhì)量造成很大影響。消除電網(wǎng)諧波污染、提高整流器的功率因數是電力電子領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。空間矢量PWM（SVPWM）控制具有直流側電壓利用率高、動(dòng)態(tài)響應快和易于數字化實(shí)現的特點(diǎn)。本文采用空間矢量技術(shù)對三相電壓型整流器進(jìn)行研究，使其網(wǎng)側電壓與電流同相位，從而實(shí)現高功率因數整流。

　　1 空間矢量控制技術(shù)

　　SVPWM控制技術(shù)通過(guò)控制不同開(kāi)關(guān)狀態(tài)的組合，將空間電壓矢量V控制為按設定的參數做圓形旋轉。對任意給定的空間電壓矢量V均可由這8條空間矢量來(lái)合成，如圖1所示。任意扇形區域的電壓矢量V均可由組成這個(gè)區域的2個(gè)相鄰的非零矢量和零矢量在時(shí)間上的不同組合來(lái)得到。這幾個(gè)矢量的作用時(shí)間可以一次施加，也可以在一個(gè)采樣周期內分多次施加。也就是說(shuō)，SVPWM通過(guò)控制各個(gè)基本空間電壓矢量的作用時(shí)間，最終形成等幅不等寬的PWM脈沖波，使電壓空間矢量接近按圓軌跡旋轉。主電路功率開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)頻率越高，就越逼近圓形旋轉磁場(chǎng)。

　　為了減少開(kāi)關(guān)次數，降低開(kāi)關(guān)損耗，對于三相VSR某一給定的空間電壓矢量，采用圖2所示的合成方法。在扇區I中相應開(kāi)關(guān)函數如圖3所示。零矢量均勻地分布在矢量的起、終點(diǎn)上，除零矢量外，由V1、V2、V4合成，且中點(diǎn)截出2個(gè)三角形。一個(gè)開(kāi)關(guān)周期中，VSR上橋臂功率開(kāi)關(guān)管共開(kāi)關(guān)4次，由于開(kāi)關(guān)函數波形對稱(chēng)，諧波主要集中在整數倍的開(kāi)關(guān)頻率上。

　　2 直接電流控制策略

　　三相VSR的電流控制策略主要分為直接電流控制和間接電流控制。直接電流控制采用網(wǎng)側電流閉環(huán)控制，提高了網(wǎng)側電流的動(dòng)、靜態(tài)性能，并增強電流控制系統的魯棒性。而在直接控制策略中固定開(kāi)關(guān)頻率的PWM電流控制因其算法簡(jiǎn)單、實(shí)現較為方便，得到了較好應用，在三相靜止坐標系中，固定開(kāi)關(guān)頻率的PWM電流控制電流內環(huán)的穩態(tài)電流指令是一個(gè)正弦波信號，其電流指令的幅值信號來(lái)源于直流電壓調節器的輸出，頻率和相位信號來(lái)源于電網(wǎng)；PI電流調節器不能實(shí)現電流無(wú)靜差控制，且對有功電流和無(wú)功電流的獨立控制很難實(shí)現。在兩相同步旋轉坐標系（d，q）中的電流指令為直流時(shí)不變信號，且其PI電流調節器實(shí)現電流無(wú)靜差控制，也有利于分別對有功電流和無(wú)功電流獨立進(jìn)行控制。

　　3 三相VSR數字控制系統

　　三相VSR數字控制系統結構如圖4所示，控制系統采用電壓外環(huán)和兩個(gè)電流內環(huán)組成雙環(huán)控制結構，電壓環(huán)控制三相VSR直流側電壓，通過(guò)輸出直流側電壓 Vdc與給定參考電壓差值經(jīng)過(guò)PI調節產(chǎn)生電流參考信號，起到跟蹤控制輸出直流電壓的目的；電流環(huán)用來(lái)按照電壓環(huán)調節器輸出的電流指令進(jìn)行電流控制，按照電壓外環(huán)輸出的電流信號對輸入電流進(jìn)行控制，利用SVPWM算法產(chǎn)生開(kāi)關(guān)信號控制整流器來(lái)實(shí)現單位功率因數。