基于SVPWM的三相混合開關電流型整流器的優化控制策略研究

傳統的大功率整流器在從電網取電時，由于大功率電子器件的作用以及無功元器件的影響，大量的諧波電流被注入到電力系統，使電網中的諧波水平逐年增高。諧波對從電網取電的其他設備將會造成一些嚴重的威脅。為解決大功率變流裝置對電網的干擾：一是加接濾波器來提供諧波電流的通路；另外一個更加有效的方法是增加整流相數，即增加整流電壓的脈波數，如多脈波整流橋和PWM整流橋等。

三相PWM整流器通過將網側電流或電壓調制成高頻的PWM脈沖波，經濾除網側電流的高頻諧波及其倍頻諧波，其網側諧波失真率完全可以達到國家安全標準。圖1是三相PWM電流型整流器[2]，大功率條件下電路需使用大功率開關管，如IGBT、IGCT、IECT等可控高頻開關管來實現。但這些管子價格昂貴，后兩者目前只有少數國外公司能生產，故不能廣泛應用。

處于研究領域的三相混合開關PWM電流型整流器如圖2所示。該電路的輸出電壓具有降壓特性；網側電流諧波分量小；電路的輸出側電感使電路更穩定安全；使用晶閘管使該電路具有成本優勢。該電路可適用于電機驅動和金屬熱處理工業。

圖1 傳統的三相PWM電流型整流器 圖2 三相混合開關PWM電流型整流器

1 電路拓撲

三相混合開關PWM電流型整流器相比較傳統的三相PWM電流型整流器[3][4]，具有以下特點：在整流橋部分使用6個晶閘管替代了6個IGBT；僅使用一個開關管（如IGBT）與晶閘管整流橋串聯，IGBT能強制關斷整流橋中已導通的晶閘管，這樣可使晶閘管整流橋具有脈寬調制的能力。由于晶閘管沒有擎住效應限制，其電流特性比IGBT好，而且其導通壓降也小于IGBT，可提高電路的效率。圖2中IGBT關掉后，晶閘管由導通恢復到正向阻斷狀態需要一定的時間[5],故晶閘管的關斷特性將限制電路的工作頻率。為提高工作頻率來減小濾波器的體積和成本，必須減小晶閘管關斷恢復時間TOFF，或者優化控制策略來分配給晶閘管更多的關斷時間。為縮減TOFF，可以給已開通的晶閘管提供反壓來加速其反向恢復過程，如圖3所示的系統框圖，增加了反壓電路網絡（Q2和Umax）以及控制電路驅動電路。反壓網絡只需提供給晶閘管反向恢復電流，所以普通功率等級的開關管即可滿足Q2的要求。提供反壓的電壓源Umax 是通過工頻變壓器將網側電壓升壓，再經二極管整流橋整流后加到穩壓電容上，經濾波得到。

圖3 增加反壓電路的混合開關PWM電流型整流器

2電流型空間矢量控制策略