无网侧电动势传感器的PWM可控整流的研究

  郭文博，杨贵杰，李铁才

(哈尔滨工业大学．黑龙江哈尔滨150001)

    摘要：针对由传感器带来的高成本、低稳定性等诸多缺点，提出一种无网侧电动势传感器的PWM可控整流控制策略。在对三相电网电动势方程分析的基础上，利用交流电流偏差调节法重构了网侧电动势的幅值和相角，建立了PWM可控整流的Matlab仿真模型验证理论的正确性。仿真结果表明，该系统能够迅速准确地辩识出电网电动势，并且能够以单位功率因数运行于整流和逆变，实现了能量的双向传输。

    关键词：PWM；闭环电网电压重构；单位功率因数运行

    中图分类号：TM34  文献标识码：A  文章编号：1004—7018(2008)12—0001—03

0引言

    PWM整流器是应用脉宽调制技术发展起来的一种电源变流器，它实现了网侧电流正弦化，且运行于单位功率因数，甚至可以双向传输，不但可以节约能源，还能减小电网污染，在能源日益紧缺和电力系统中谐波和无功问题越来越严重的今天，这种能够双向高效率传输能量的变频器逐渐成为研究热点^[1]。

    随着对PWM整流器控制策略研究的不断深入^[2]，传感器带来的问题逐渐突出，众多的传感器不但增加成本，还会加大系统的不稳定性，而且在某些特殊的环境下独立的传感器会带来安装的不方便。为进一步简化PWM整流器的信号检测，ToshiHiko Noguchi等学者相继提出了无传感器的PWM整流器控制策略，得到了广泛的关注。

    通常情况下，PWM整流器有三种传感器：网侧电动势传感器，网侧电流传感器和母线电压传感器。后两种传感器对系统的过流和过压保护有着重要作用，因而一般情况下予以保留，而网侧电动势传感器则可以通过计算得到，对此研究人员相继提出了几种无电网电动势传感器的PWM整流器控制策略^[3-5]。本文利用交流电流偏差调节重构了电网电动势，Msttab仿真结果表明，该系统能够准确辨识出电网电动势，并且能够以单位功率因数实现整流和逆变，对实现“绿色电能变换”有一定现实意义。

1无网侧电动势传感器的PwM可控整流

1．1网侧电动势重构原理

    对电网电动势的重构主要有两种方案：一是通过负功率的估计来重构电网电动势^[6]，这是一种开环估计算法，因而精度不高，并且在负功率估计算法中，由于含有微分项，容易引入干扰；另一种方案是基于交流电流偏差调节的网侧电动势重构^[7-8]，这是一种闭环估计算法，因而精度较高。本文采用的是第二种方法。

    图1为无网侧电动势传感器的PWM整流器拓扑图^[9]。

    对于三相平衡系统来说，设相电动势的峰值是E_m,角速度为ω，初始角度为θ₀，有θ=ω_t+θ₀，则三相电网电动势的表达式：   

而在三相静止坐标系(a-b-c)中，三相电压通常还可以表示如下： 

式中：i是整流器的输入电流，v是输入电压。引入基于估计相角θ的坐标变换，代表估计值，变换矩阵为：

     上述电压议程转化到两相旋转坐标系(d,q)中可以得胜到：

各分量之间的关系如图2所示。

将上图中各分量写为适量形式，则可以得到如下的电压方程表达式：

将式（5）、式（6）离散化，可以求得：

式中：Ts是PWM采样周期。通过式(7)求得电流离散表达式：