單周期控制三相PWM整流器在不對(duì)稱(chēng)電網(wǎng)下的研究

摘要：傳統(tǒng)的矢量模式單周期控制三相PWM整流器是基于對(duì)稱(chēng)電網(wǎng)系統(tǒng)下研究的，功率因數(shù)約為1，輸入諧波低，且與雙極型單周期控制相比，具有更低的開(kāi)關(guān)損耗。當(dāng)三相電網(wǎng)不對(duì)稱(chēng)時(shí)，三相輸入電流跟蹤電網(wǎng)電壓的非零序分量，采用傳統(tǒng)電網(wǎng)電壓選擇矢量區(qū)間不能保證三相PWM整流器具有較低的開(kāi)關(guān)損耗，且在電網(wǎng)極端缺相故障時(shí)，系統(tǒng)不能正常工作。本文采用電網(wǎng)電壓非零序分量選擇矢量區(qū)間，并對(duì)矢量區(qū)間狀態(tài)進(jìn)行分析比較，結(jié)果證明所采取的方法能保證系統(tǒng)在任何情況下開(kāi)關(guān)損耗最低。最后對(duì)三相PWM整流器工作于不對(duì)稱(chēng)電網(wǎng)情況下進(jìn)行了仿真研究，仿真結(jié)果表明采用電網(wǎng)電壓非零序分量選擇矢量區(qū)間能保證電網(wǎng)電壓在缺相故障時(shí)系統(tǒng)仍能正常工作，并且所采用的單周期控制同時(shí)滿足對(duì)稱(chēng)電網(wǎng)系統(tǒng)。 敘詞：?jiǎn)沃芷诳刂?不對(duì)稱(chēng)電網(wǎng),三相PWM整流器,非零序分量
1 引言

近十幾年來(lái)，隨著對(duì)用電設(shè)備諧波污染的日益重視，三相高頻PWM整流器技術(shù)已經(jīng)成為電力電子領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。由于三相電力電子裝置在電網(wǎng)中占有很大比重，三相中大功率PFC成為近年研究的重點(diǎn)，而其中以三相六開(kāi)關(guān)雙向PWM整流器應(yīng)用最廣[1-2]。

在三相PWM整流器的各種控制方法中，單周期控制展現(xiàn)了其突出的優(yōu)點(diǎn)：不需進(jìn)行d-q坐標(biāo)變換、無(wú)需乘法器、具有調(diào)制和控制的雙重功能[2][4]，無(wú)論在穩(wěn)態(tài)或暫態(tài)情況下，在控制周期內(nèi)受控的輸入電流平均值均能恰好正比于控制參考信號(hào)，具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、開(kāi)關(guān)頻率穩(wěn)定、魯棒性強(qiáng)、易于實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)[4]。在實(shí)際電網(wǎng)中，由于電網(wǎng)故障、大容量不對(duì)稱(chēng)負(fù)載的使用等，都可造成電網(wǎng)的不對(duì)稱(chēng)，而一般都在電網(wǎng)對(duì)稱(chēng)情況下研究單周期控制的PWM整流器[1][2][4][7][8][9]。雖然單周期控制具有一定的抗擾動(dòng)性能，但在不對(duì)稱(chēng)電網(wǎng)情況下，尤其是電網(wǎng)缺相故障時(shí)，基于電網(wǎng)電壓選擇矢量區(qū)間的單周控制存在著兩個(gè)固有的缺點(diǎn)：（1）不能保證矢量模式的單周期控制具有最低的開(kāi)關(guān)損耗；（2）不能保證在電網(wǎng)極端缺相故障時(shí)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。本文針對(duì)以上兩個(gè)缺點(diǎn)，分析不對(duì)稱(chēng)電網(wǎng)的特點(diǎn)，采用非零序分量進(jìn)行區(qū)間選擇以改進(jìn)傳統(tǒng)的區(qū)間選擇法，消除了以上兩個(gè)固有的缺點(diǎn)，提高了矢量模式單周期控制三相PWM整流器的可靠性能。最后通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了該方法是實(shí)際可行的。

2 單周期控制三相PWM整流器的狀態(tài)方程

圖1是三相六開(kāi)關(guān)PWM整流器主電路拓?fù)鋱D。為了便于原理分析，假設(shè)：（1）三相輸入是對(duì)稱(chēng)的，內(nèi)阻為零，如圖2所示，三相電壓根據(jù)過(guò)零點(diǎn)被劃分為6個(gè)區(qū)間；（2）各相電感相等，即La=Lb=Lc=L；（3）每個(gè)橋臂上、下兩個(gè)開(kāi)關(guān)互補(bǔ)運(yùn)行；（4）開(kāi)關(guān)頻率遠(yuǎn)大于電網(wǎng)頻率。節(jié)點(diǎn)a、b、c相對(duì)節(jié)點(diǎn)n的電壓為：

（1）

三相六開(kāi)關(guān)PWM整流器的平均數(shù)學(xué)模型[2]為：

（2）

由文獻(xiàn)[3]可進(jìn)一步推出輸入電壓與輸出電壓的關(guān)系：

（3）

圖1三相六開(kāi)關(guān)PWM整流器拓?fù)鋱D

圖2三相對(duì)稱(chēng)電網(wǎng)及矢量區(qū)間