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，大量低功率因數的二極管不控整流和晶閘管相控整流設備僅能實現能量的單向輸送，對電網的諧波污染嚴重。可逆PWM整流器不僅具有能量可雙向傳輸、網側電流正弦及達到單位功率因數等特點，還解決了傳統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，它的功率因數達到1，具有兩電平所不可比擬的優點。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。在三類控制參數的采集當中，網側電流和直流母線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，這兩類傳感器不宜去掉。因此，無網側電壓傳感器是PWM整流器實現的主流。在這其中，虛擬磁鏈技術以其獨特的優勢，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，由于無網側電壓傳感器，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側電壓的方法；文獻[2]將相同思想應用到虛擬磁鏈的觀測中，但試驗結果不甚理想，大電流仍無法避免。基于該背景，為將虛擬磁鏈技術應用于三電平拓撲場合，并抑制系統啟動過程中的浪涌電流沖擊，本文從三電平PWM整流器數學模型出發，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，引入三電平整流橋三相橋臂的開關函數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。