無電網(wǎng)電壓傳感器三電平PWM整流器研究

摘要：在大功率三電平整流器應(yīng)用中，為降低成本、提高性能，研究了一種無電網(wǎng)電壓傳感器三電平PWM整流器。在分析其數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，采用三電平SVPWM簡(jiǎn)化算法，將傳統(tǒng)兩電平電壓空間矢量控制算法應(yīng)用于三電平，并結(jié)合一種新穎的虛擬磁鏈觀測(cè)器，提出了基于虛擬電網(wǎng)磁鏈定向的三電平PWM整流器矢量控制策略，在雙三電平變頻器系統(tǒng)中對(duì)其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該三電平PWM整流器可較好地穩(wěn)定直流母線電壓，提高整流器功率因數(shù)，并具有良好的動(dòng)靜態(tài)特性。
關(guān)鍵詞：整流器；無傳感器；虛擬磁鏈

1 引言
PWM整流器因其具有輸入電流正弦、功率因數(shù)可控、能量雙向流動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)獲得廣泛應(yīng)用。三電平PWM整流器能在相對(duì)較低的開關(guān)頻率下產(chǎn)生較好波形，并顯著提高開關(guān)器件耐壓等級(jí)，在大功率應(yīng)用場(chǎng)合已逐步取代兩電平。為降低復(fù)雜度，提高可靠性，基于虛擬電網(wǎng)磁鏈定向的PWM整流器無電網(wǎng)電壓傳感器矢量控制成為研究熱點(diǎn)。此處采用三電平SVPWM簡(jiǎn)化算法，并結(jié)合一種新穎的虛擬磁鏈觀測(cè)器，實(shí)現(xiàn)對(duì)三電平PWM整流器基于虛擬磁鏈定向的無電網(wǎng)電壓傳感器矢量控制，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方案的可行性。

2 三電平PWM整流器數(shù)學(xué)模型
圖1示出二極管中點(diǎn)箝位型三電平PWM整流器主電路。三電平整流器每相橋臂均由4個(gè)功率開關(guān)管和2個(gè)箝位二極管組成，其本質(zhì)是通過控制VSi1-VSi4(i=a，b，c)的開通和關(guān)斷，使得交流側(cè)三相輸入電流ia，ib，ic正弦化，功率因數(shù)接近1，同時(shí)維持直流側(cè)輸出電壓Udc平衡。

由于三電平PWM整流器相似于逆變器供電的交流電機(jī)定子電路，故可采用類似于交流電機(jī)磁鏈觀測(cè)的方法構(gòu)造出虛擬的電網(wǎng)磁鏈?zhǔn)噶?，作為三電平PWM整流器矢量控制中的定向矢量，從而實(shí)現(xiàn)取消電網(wǎng)側(cè)電壓傳感器、降低成本的目的。即可將整流器電網(wǎng)側(cè)視作一臺(tái)無限大由逆變器供電、以同步轉(zhuǎn)速恒速運(yùn)行、定子電阻和漏感分別為Rs和Ls的虛擬電機(jī)，其中電網(wǎng)電壓相當(dāng)于虛擬電機(jī)的氣隙磁場(chǎng)在定子繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)。
在此直接給出虛擬電網(wǎng)磁鏈定向d，q旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下三電平整流器數(shù)學(xué)模型：

經(jīng)坐標(biāo)變換后，對(duì)稱的三相正弦變量可變換為d，q軸上的恒定直流量，更加便于三電平整流器的研究與控制。