无交流电流传感器的三相PWM整流器控制策略.doc

无交流电流传感器的三相PWM整流器控制策略 第卷第期?月日继电器，无交流电流传感器的三相整流器控制策略喻杰，汤钰鹏，刘宏亮（?京交通大学电气工程学院，?京）摘要提出了一种无交流电流传感器的整流器控制方法，交流电流通过检测开关状态和直流电流进?电流重构获得，进?最小调制时间补偿控制以确保正确重构交流电流整流器采用空间矢?电流控制，控制系统采用电压外环和电流内环的双闭环控制结构研究表明，该控制策略有良好的控制性能，可以实现网侧电流正弦化和单位功率因数运?。 关键词整流器；无交流电流传感器；电流重构，（，），；（）引言利用基尔霍夫电压、电流定?得三相电压型整流器可以实现网侧电流正弦化、单位功率因数运?以及能?双向流动。 这些特性使得整流器取得了广泛的应用，如用于静止无功发生（）、有源电?滤波（）、统一潮流控制（）、高压直流输（）等。 通常情况下，整流器控制系统需要用到交流电压、电流传感器以及直流电压传感器，以实现直流电压图三相电压型整流器?扑结构和交流电流的双闭环控制。 利用传感器可以快速、?捷地获得电压电流参数，但也导致了系统体积大、成本较高，并降低了系统运?可靠性。 针对上述问尺题，本文在分析三相整流器直流电流与交流电流关系的基础上，提出一种只用一个直流电流传感器的整流器控制方法，交流电流则通过开导（）关函数和直流电流检测进?重构获取。 本文最后通过的仿真，证明了该策略是可?的。 誓月整流器数学模型其中（，）为电网电压、为交流侧相电三相电压型整流器?扑结构如图所示，流、为整流器交流端输出电压，其表达式喻杰，等无交流电流传感器的三相整流器控制策略一一如下一（。 ）】。 ，一（。 ）。 （）（一）。 其中是开关函数，取时表示上桥臂导通，下桥臂关断；取时表示上桥臂关断，下桥臂导通。 整流器交流电流与直流电流的关系当三相电压型整流器采用电流控制时，其电压矢?分布和矢?合成如图所示。 （）（）（）（）图矢?的合成假设须合成的指令电压矢?处于区，则用来合成的有效电压矢?是和，这种情况下每相桥臂的开关状态和直流侧电流波形如图所示，图所示为在施加电压矢?和时的电流回?。 分析图和图可以看出，当施加某一电压矢?控制时，直流电流。 与交流侧电流存在一定的对应关系。 如当施加矢?。 控制时，。 ，当施加矢?控制时，。 一。 卫皿卫一一图开关函数及直流电流波形（）（）（）图电流回?与电压矢?的关系（）（）（）（）同?分析指令电压矢?处于其它五个扇区的情况，可以得到电压矢?和电流的对应关系如表所示。 表电压矢?与电流的对应关系电压矢?整流器交流电流的重构以上分析表明，?要实现整流器交流电流的重构，则必须检测直流侧电流。 仍讨论处于扇区时的合成情况，如图所示。 图中，（）、（、（）分别表示第次、次、次采样，、为相邻的直流电流采样时刻；、分别为、（）矢?的施加时间。 从图看出，在第次、次采样间隔中，时刻和时刻的直流电流采样值和交流电流（和）的重构值分别为继电器【（）（）（）一（）考虑电网三相平衡，交流电流。 、。 满足以下关系（）从而根据一（）（）算出第三相电流的值。 然而，由于通过（）、（）所得的交流电流重构值（）、一（）?是同一时刻的采样值，因而根据式（）所计算得出的第三相电流就会有误差。 因此，必须由已知第和第次采样间隔中的（）、一（）通过一阶线性预测算法来估计第次采样值（忌）、。 （忌），推导如下由图分析得复。 盟。 一根据式（）可得砭联立式（）、（）、（）可得）【（）（）一，（）（）】由式（）知，、随开关的切换而变化，由于在忌次采样和次采样间隔中，、。 均发生变化，因而必须以第忌次采样到第次采样间隔的平均值代之，即竽学一联立式（），即可实现三相整流器交流电流侧、。 电流的重构，并根据式（）算出第三相电流。 同?把上述方法应用到其它个扇区，可以实现整流器交流电流的重构。 ?；（）？玉；墨；墨；玉（七一？）（七）。 （七）图直流电流采样与交流电流重构最小调制时间由前面的分析知，整流器交流电流的重构需要检测直流侧电流的检测必须具有足够的时间，也就是说，脉宽必须维持大于最小调制时间以保证正确检测厶。 通常由下式决定。 （）式中是整流器桥臂死区时间。 是直流侧电流建立时间，包括驱动电?时延。 是电流采样及转换时间。 图对的限制区域喻杰，等无交流电流传感器的三相整流器控制策略一当指令电压矢?处于图所示的阴影区域时，会出现电压矢?施加时间小于最小调制时间的情况。 同样分析指令电压矢?过分处于扇区时，由、和零矢?合成。 、和零矢?的作用时间分别为、和。 从图可以看出，施加时间小于最小调制时间。 为了保证电流有效采样，先将施加时间补足到，然后再给矢?施加，时间，其中一。 补偿后各个矢?的施加时间分别为，一（）一一二互（）这样就克服了最小调制时间的限制，可以确保正确检测直流侧厶。 ，且?影响最终合成矢?的大小和方向。 图具有最小调制时间补偿的矢?合成图无交流电流传感器控制系统框图根据上述无交流电流传感器三相整流器的控制思想，可以得到如图所示的控制系统框图。 该控制系统采用电流内环和电压外环的双闭环控制，电流控制采用空间矢?控制。 整流器的三?驱动信号为离散的数字脉冲序列，与用来重构交流电流的开关函数一致，因此根据驱动信号就可直接得到开关函数，在控制回?即可完成开关函数的检测，?存在与主电?的电气隔离问题。 仿真结果分析为了验证上述?论的可?性，利用搭建仿真平台进?了仿真实验。 仿真参数如下交流侧线电压，频率，电感，电阻，直流侧滤波电容，开关频率，直流电压输入己。 图为直流侧电压输出波形，从图（）可以看出电压输出超调小，动态响应快，图（）是稳态时的直流输出电压，可以看出其波动保持在以内，输出误差为小于。 图为电流波形和谐波分析结果。 图（）为交流侧相电流波形，可以看出电流近似正弦规?变化；图（）是重构相电流和实际检测相电流的波形对比，可以看出系统之蟋埘稳定运?时两个电流波形是一样的；图和分别是重构电流和实际检测电流的谐波分析结果，其总咖倘垂；枷啪谐波畸变率（）分别为，谐波含?低。 图为系统稳定运?时同一坐标系下相电压和电流输出，可以看出，电流与电压同相位，可实现单位功率因数运?。 仿真结果证明了文中的控制策略具有良好的性能，是可?的。 ?”十?“?”?；出恤【重嫣，一呷下删（）图直流电压输出继电器（）（），叠?。 。 （）（）（），。 ?。 。 （）（】图电流及其谐波分析之出蜡“图相电压和电流结论本文针对三相电压型整流器提出了一种无交流电流传感器的控制策略。 交流侧电流通过重构获取，无须使用交流电流传感器，可节约成本。 最后通过仿真，证明了该方案是可?的且具有良好的控制性能。 参考文献张崇巍，张兴整流器及其控制【】?京机械工业出版社，【】，。 ，张恩，廖晓钟无电流传感器三相整流器控制策略【】电工技术学报，（），（）张笑微，杨青无电流传感器的整流器