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(zhù)電力電子裝置的廣泛應用，大量低功率因數的二極管不控整流和晶閘管相控整流設備僅能實(shí)現能量的單向輸送，對電網(wǎng)的諧波污染嚴重?？赡?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/PWM整流器">PWM整流器不僅具有能量可雙向傳輸、網(wǎng)側電流正弦及達到單位功率因數等特點(diǎn)，還解決了傳統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，具有廣闊的應用前景。在中高壓大功率的應用場(chǎng)合，三電平PWM整流器應用較為廣泛，它的功率因數達到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)需要檢測電網(wǎng)電壓、輸入電流和直流母線(xiàn)電壓，眾多傳感器及其信號處理電路帶來(lái)高成本及復雜性問(wèn)題。因此，與電機高性能控制相類(lèi)似，以去掉傳感器為目的，降低系統成本和提高可靠性的“無(wú)傳感器”控制逐漸成為當前PWM整流器的研究熱點(diǎn)。在三類(lèi)控制參數的采集當中，網(wǎng)側電流和直流母線(xiàn)電壓傳感器除了用于系統控制外，還要用于電壓、電流的保護，這兩類(lèi)傳感器不宜去掉。因此，無(wú)網(wǎng)側電壓傳感器是PWM整流器實(shí)現的主流。在這其中，虛擬磁鏈技術(shù)以其獨特的優(yōu)勢，成為研究重點(diǎn)。

然而，目前此類(lèi)研究均著(zhù)眼于兩電平拓撲。此外，由于無(wú)網(wǎng)側電壓傳感器，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[1]提出在初始時(shí)刻用零矢量來(lái)計算網(wǎng)側電壓的方法；文獻[2]將相同思想應用到虛擬磁鏈的觀(guān)測中，但試驗結果不甚理想，大電流仍無(wú)法避免?；谠摫尘?，為將虛擬磁鏈技術(shù)應用于三電平拓撲場(chǎng)合，并抑制系統啟動(dòng)過(guò)程中的浪涌電流沖擊，本文從三電平PWM整流器數學(xué)模型出發(fā)，推導出了虛擬磁鏈在三電平PWM整流器控制中的應用方法，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整流器拓撲如圖1所示。

圖1三電平PWM整流器主電路拓撲

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。