單周期控制三相PWM整流器在不對稱電網(wǎng)下的研究

摘要：傳統(tǒng)的矢量模式單周期控制三相PWM整流器是基于對稱電網(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，具有更低的開關(guān)損耗。當三相電網(wǎng)不對稱時，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關(guān)損耗，且在電網(wǎng)極端缺相故障時，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，并對矢量區(qū)間狀態(tài)進行分析比較，結(jié)果證明所采取的方法能保證系統(tǒng)在任何情況下開關(guān)損耗最低。最后對三相PWM整流器工作于不對稱電網(wǎng)情況下進行了仿真研究，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)電壓在缺相故障時系統(tǒng)仍能正常工作，并且所采用的單周期控制同時滿足對稱電網(wǎng)系統(tǒng)。 敘詞：單周期控制,不對稱電網(wǎng),三相PWM整流器,非零序分量
1 引言

近十幾年來，隨著對用電設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，而其中以三相六開關(guān)雙向PWM整流器應用最廣[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：不需進行d-q坐標變換、無需乘法器、具有調(diào)制和控制的雙重功能[2][4]，無論在穩(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，具有動態(tài)響應快、開關(guān)頻率穩(wěn)定、魯棒性強、易于實現(xiàn)等特點[4]。在實際電網(wǎng)中，由于電網(wǎng)故障、大容量不對稱負載的使用等，都可造成電網(wǎng)的不對稱，而一般都在電網(wǎng)對稱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性能，但在不對稱電網(wǎng)情況下，尤其是電網(wǎng)缺相故障時，基于電網(wǎng)電壓選擇矢量區(qū)間的單周控制存在著兩個固有的缺點：（1）不能保證矢量模式的單周期控制具有最低的開關(guān)損耗；（2）不能保證在電網(wǎng)極端缺相故障時系統(tǒng)的正常運行。本文針對以上兩個缺點，分析不對稱電網(wǎng)的特點，采用非零序分量進行區(qū)間選擇以改進傳統(tǒng)的區(qū)間選擇法，消除了以上兩個固有的缺點，提高了矢量模式單周期控制三相PWM整流器的可靠性能。最后通過仿真實驗，證實了該方法是實際可行的。

2 單周期控制三相PWM整流器的狀態(tài)方程

圖1是三相六開關(guān)PWM整流器主電路拓撲圖。為了便于原理分析，假設：（1）三相輸入是對稱的，內(nèi)阻為零，如圖2所示，三相電壓根據(jù)過零點被劃分為6個區(qū)間；（2）各相電感相等，即La=Lb=Lc=L；（3）每個橋臂上、下兩個開關(guān)互補運行；（4）開關(guān)頻率遠大于電網(wǎng)頻率。節(jié)點a、b、c相對節(jié)點n的電壓為：

（1）

三相六開關(guān)PWM整流器的平均數(shù)學模型[2]為：

（2）

由文獻[3]可進一步推出輸入電壓與輸出電壓的關(guān)系：

（3）

圖1三相六開關(guān)PWM整流器拓撲圖

圖2三相對稱電網(wǎng)及矢量區(qū)間