三相PWM变换器矢量控制与直接功率控制研究

1 引言

三相PWM变换器应用广泛，在整流、有源滤波、交流传动等控制中都具有较好的性能。

三相PWM变换器控制策略主要有矢量控制与DPC。矢量控制又可分为电网电压定向与虚拟磁链定向两种。其中电网电压定向结构简单，控制效果好，技术成熟，得到广泛运用;而虚拟磁链定向虽可省去电压传感器，但磁链计算的精确程度会增加控制的复杂性。DPC原理类似于直接转矩控制，通过分析变换器的不同电压矢量在每个扇区对电网输入(输出)瞬时功率的控制作用，制定开关表进行控制。相较矢量控制，DPC具有算法简单、动态响应快的优点。

在此根据三相PWM变换器的数学模型，采用电网电压定向的矢量控制与滞环控制的DPC策略，构建了实验平台对两种控制策略进行分析比较。实验结果表明，矢量控制与DPC均能实现直流母线电压与电网侧功率因数的稳定、可调。其中矢量控制稳态效果较好，DPC动态响应较快。

2 变换器数学模型及矢量控制策略

2.1 三相PWM变换器数学模型

三相PWM变换器的数学模型是对其进行动态、稳态运行分析和控制的基础，其主电路见图1。

根据图1可得三相PWM变换器在同步旋转d，q坐标系下的电压方程为：

式中：igd，igq为网侧电流d，q轴分量;ugd，ugq为电网电压d，q轴分量;uod，uoq为三相变换器输出电压d，q轴分量。

2.2 电网电压定向的矢量控制策略

三相PWM变换器采用电网电压定向矢量控制，将d轴定向于电网电压合成矢量ug方向，q轴超前d轴90°，空间矢量图如图2所示。

采用电网电压定向矢量控制策略：ugd=Ug，ugq=0，其中Ug为电网电压矢量的幅值。

将定向条件代入式(1)有：

由式(2)可得如图3所示的三相PWM变换器矢量控制结构框图。

3 三相PWM变换器的直接功率控制

采用电网磁链矢量定向，即将坐标系d轴定向于电网磁链矢量，空间矢量图如图4所示。