√√√四象限变流器的空间矢量解耦控制_冷旭东

PWM四象限变流器

研究与开发

四象限变流器的空间矢量解耦控制

冷旭东

（深圳市泰昂能源科技股份有限公司，广东 深圳 518057）

摘要 本文介绍一种新型的基于空间矢量调制的三相电压型四象限变流器解耦控制，给出了基于虚磁链的功率估算式，设计了功率调节器参数，对有功功率调节器和无功调节器之间的相互耦合影响关系做了分析，并做了仿真研究。研究和分析表明，三相电压型四象限变流器基于空间矢量调制的解耦控制系统具有结构和算法简单、高功率因数、低谐波、开关频率固定等优点。

关键词：四象限变流器；解耦控制；虚磁链；空间矢量

Space Vector Based Decoupling Control for Four Quadrant Converter

Leng Xudong

（Shenzhen Tieon Energy Technology Co., Ltd, Shenzhen, Guangdong 518057）

Abstract This paper introduces a novel decoupling control for four quadrant converter. The active and reactive powers are used as the pulse width modulated (PWM) control variables instead of the three-phase line currents being used. Moreover, line voltage sensors are replaced by a virtual flux estimator. The theoretical principle of this method is discussed. The results of exhibits several features, such as a simple algorithm, good dynamic response, constant switching frequency, and particularly it provides sinusoidal line current when supply voltage is not ideal.

Key words：four quadrant converter；decoupling control；virtual flux；space vector

旋转的空间电压矢量vL，虚磁链矢量 L是对vL与感应电机磁场定向的直接转矩控制相似，三

相四象限变流器基于电压的解耦控制[1]和基于虚拟的积分[2]，那么在空间上也是一按正弦角频率 旋磁链定向的解耦控制[2]是通过直接对整流器输入输转的矢量。所谓虚磁链定向就是在 _dq坐标系中出功率进行控制，即通过估算功率和给定功率的偏令虚磁链矢量 L与d轴重合，即 L Ld, Lq 0，差来实时确定开关状态的选择，以实现整流器直流在 _dq坐标系中的各矢量关系如图2所示。

侧和网侧能量的平衡。上述控制都是采用功率滞环

控制器实现PWM波形，开关周期的长度为功率误dc差 H从 H到 H然后再返回 H变化一周的

时间，实际控制中 H的变换频率是一个时变量，因此开关频率也不固定。开关频率不固定会使整流 器运行噪声增加，而且产生的电磁干扰频带宽，EMI图1 三相Boost型四象限变流器主电路拓扑 问题难解决。基于这种情况，本文介绍一种新的基于空间矢量的解耦控制，这种控制策略采用SVPWM代替开关逻辑状态选择，因此可以解决开关频率不固定的问题。

1 虚磁链定向原则和整流器功率估算

根据park变换在静止坐标系上的三相正弦电压va、vb、vc，在空间上可以等效成为一按正弦角频率

图2 虚磁链参考坐标系和各矢量

运用复数定义，三相整流器瞬时有功功率p和瞬时无功功q率可以计算如下

PWM四象限变流器

研究与开发

p Re(vLiL)

Ii （1） qm(vLL)

式中，iL为整流器网侧电流合成矢量，iL为iL的共轭。

vdd

tdLj tL dtL dt(Lej ) dt

e j L （2）

当三相电网电压平衡对称且为正弦，且整流器桥臂入端电压也平衡对称时

dLdt

0。则

vL j ( L j L ) （3）

式中， L 、 L

为虚磁链矢量 L的 轴分量。

vLiL j ( L j L )(iL jiL ) （4）

式中，iL 、iL 为整流器交流侧电流合成矢量的 轴

分量。

则有

p

( L iL L iL )

q ( L iL （5） L iL )2 DPC-SVM控制原理及框图

借鉴国外三相电压型四象限变流器解耦控制研究现状[3-4]，DPC系统控制框图如图3所示，与VF-DPC控制系统不同之处在于采用了PWM空间矢量调制代替开关逻辑表。瞬时有功和无功功率估算值p和q与给定的pref和qref比较后输入PI调节器，得到整流器入端电压dq轴电压vsd和vsq，再经转旋-静止坐标变换可得 坐标系参考电压vs的 分量vs ，vs ，然后利用空间矢量调制可得到PWM开关信号对整流器中的开关器件进行控制。

图3 控制框图（DPC-SVM）

3 功率调节器参数的设计

由图1所示的虚磁链定向系统由于 L Ld， Lq

0，则

vLq Vm

v （6） Ld

0式中，vLd、vLq为三相正弦电压矢量的dq轴分量，Vm

为三相正弦电压的幅值。

根据式（1）可以推知

p VmiLq

q V （7） miLd将式（6）代入dq旋转坐标系下整流器的数学模

型[5]可以得到

diLd 0 RiLd L LiLq vsd

dt （8）

V Riq LdiLqmLdt LiLd vsq式中，L为整流器电抗器及线路的电感，R为整流器交流

侧等效电阻，iLd、iLq为网侧电流合成矢量的dq轴分量。

根据表达式（8）可以得到如图3所示的整流器简化数学模型。

图4 四象限变流器简化模型

LiLd、 LiLq为两功率环间耦合量，

稳态时为直流量，根据表达式（6），为实现整流器单位功率因数，则需令iLd 0（从而实现无功q 0），则有功功率等效控制环如图4，当交流电源电压稳定时Vm为恒定的值，因而对功率环而言可以看作是常值扰动，其扰动可通过PI调节器中的积分成分得到补偿。

为了零极点对消和设计方便，令

Tn

RL

Tol （9）

图5 有功功率调节器

式 …… 此处隐藏：3854字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……