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備僅能實現(xiàn)能量的單向輸送，對電網(wǎng)的諧波污染嚴重。可逆PWM整流器不僅具有能量可雙向傳輸、網(wǎng)側(cè)電流正弦及達到單位功率因數(shù)等特點，還解決了傳統(tǒng)整流裝置中存在的諸多問題，近年來越來越受到關注，具有廣闊的應用前景。在中高壓大功率的應用場合，三電平PWM整流器應用較為廣泛，它的功率因數(shù)達到1，具有兩電平所不可比擬的優(yōu)點。目前三電平PWM整流器，主要采用電壓定向矢量控制方式，此時需要檢測電網(wǎng)電壓、輸入電流和直流母線電壓，眾多傳感器及其信號處理電路帶來高成本及復雜性問題。因此，與電機高性能控制相類似，以去掉傳感器為目的，降低系統(tǒng)成本和提高可靠性的“無傳感器”控制逐漸成為當前PWM整流器的研究熱點。在三類控制參數(shù)的采集當中，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，這兩類傳感器不宜去掉。因此，無網(wǎng)側(cè)電壓傳感器是PWM整流器實現(xiàn)的主流。在這其中，虛擬磁鏈技術以其獨特的優(yōu)勢，成為研究重點。

然而，目前此類研究均著眼于兩電平拓撲。此外，由于無網(wǎng)側(cè)電壓傳感器，整流器啟動過程中存在過大的電流沖擊。為解決這一問題，文獻[1]提出在初始時刻用零矢量來計算網(wǎng)側(cè)電壓的方法；文獻[2]將相同思想應用到虛擬磁鏈的觀測中，但試驗結(jié)果不甚理想，大電流仍無法避免?；谠摫尘?，為將虛擬磁鏈技術應用于三電平拓撲場合，并抑制系統(tǒng)啟動過程中的浪涌電流沖擊，本文從三電平PWM整流器數(shù)學模型出發(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

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

若S1i,S2i開通，S3i,S4i關斷，則sip=1,sio=0,sin=0；

若S2i,S3i開通，S1i,,S4i關斷，則sip=0,sio=1,sin=0；

若S3i,S4i開通，S1i,S2i關斷，則sip=0,sio=0,sin=1。