高功率因数整流器控制方法研究

本科毕业设计（论文）学院专业电气工程及其自动化学生姓名班级学号指导教师高功率因数整流器控制方法研究DESIGNONTHECONTROLMETHODOFTHEHIGHPOWERFACTORRECTIFIER毕业设计（论文）题目高功率因数整流器控制方法研究一、毕业设计（论文）内容及要求（包括原始数据、技术要求、达到的指标和应做的实验等）1提供条件MATLAB软件及相关PWM整流器控制的资料。2设计内容与要求1学习、理解PWM整流器控制的方法和原理；2熟练掌握MATLAB软件的应用；3结合异步电动机矢量控制的方法和原理，利用MATLAB软件进行仿真；4撰写论文，通过答辩。二、完成后应交的作业（包括各种说明书、图纸等）1毕业设计论文一份（不少于15万字）；2外文译文一篇（不少于5000英文单词）；3包含任务书、开题报告、中期检查和前三项内容的光盘一张。三、完成日期及进度2011年3月21日至2011年6月17日，共13周。进度安排321328,熟悉任务要求，查阅资料，翻译外文资料；328418,学习、理解PWM整流器控制的方法和原理；418430,学习、理解MATLAB软件的使用；51530,利用MATLAB软件，进行仿真；531617,撰写毕业论文、答辩。四主要参考资料（包括书刊名称、出版年月等）1PWM整流器及其控制张崇魏,张兴编著2三相电压型高功率因数PWM整流器研究。刘当，武汉理工大学毕业设计3MATLAB控制系统仿真与设计。赵景波主编系教研室主任（签章）年月日学院主管领导（签章）年月日摘要随着现代电力电子技术、微电子技术以及计算机技术的发展，以PWM技术为基础的功率变换装置得到了越来越广泛的应用。PWM整流具有高功率因数、低谐波污染、能量双向流动、小容量储能环节、恒定直流电压控制等优点，在电力系统有源滤波、无功补偿、潮流控制、太阳能发电以及交直流传动系统等领域，具有越来越广阔的应用前景。因此，三相PWM整流器成为当前电力电子领域研究的热点课题之一。本文主要研究了三相电压型PWM整流器的拓扑结构、数学模型、控制策略、主电路参数的选取与设计。建立数学模型是研究三相PWM整流器的重要手段，本文通过在静止坐标系下建立仿真模型，应用电压空间矢量控制策略，对三相PWM整流器的特点、性能及电路参数的选取进行了深入的研究。并建立了MATLABSIMULINK环境下的仿真模型，对所做控制算法进行了仿真，仿真结果验证了控制算法的正确性和可行性。同时，这种控制算法亦能使整流系统的能量双向流动，实现能量再生，且具有控制算法简单。关键词PWM整流器；数学模型；MATLAB仿真ABSTRACTWITHTHEDEVELOPMENTOFPOWERELECTRONICS，MICROELECTRONICSANDCOMPUTER,THEPOWERCONVERSIONAPPARATUSBASEDONTHEPWMTECHNIQUEISGAININGMOREANDMOREAPPLICATIONPWMRECTIFIERSHAVETHECHARACTERISTICSOFLARGEPOWERFACTOR,SMALLHARMONICPOLLUTION，BIDIRECTIONALPOWERFLOW,SMALLCAPACITYPOWERSTORAGESEGMENTANDCONSTANTDIRECTVOLTAGE，SOTHEYHAVEMOREANDMOREAPPLICATIONPERSPECTIVEINACTIVEFILTERING，REACTIVELOADCOMPENSATION，TIDECONTROL，SOLARELECTRICALENERGYGENERATIONANDMOTORCONTROLSYSTEMSTHREEPHASEPWMRECTIFIERSHAVEBEENASACTIVERESEARCHTOPICINPOWERELECTRONICSRECENTLYTHISTHESISMAINLYINTRODUCESPWMVSR，INCLUDINGITSTOPOLOGY，MATHEMATICALMODEL，CONTROLSTRATEGIES，THEDESIGNANDCHOICEOFTHEMAINCIRCUITPARAMETERSTHEMATHEMATICALMODELOFVSRISESSENTIALMEANSTOINVESTIGATETHEVSRTHESIMULATIONMODELISSETUPINABCSTATIONARYCOORDINATEANDTHEDEEPRESEARCHONTHREEPHASEPWMVOLTAGESOURCERECTIFIERSVSRBASEDONSVPWMCONTROLSTRATEGYHASBEENDONE，INCLUDINGITSCHARACTERISTIC，PERFORMANCEANDTHECHOICEOFCIRCUITPARAMETERANDTHEWHOLESIMULATIONMODULEOFCONTROLSYSTEMWASBUILTUPUNDERTHEPOWERMATLAB/SIMULINKPLATFORMANDTHEABOVESEVERALWAYSAREUSEDINTHESIMULATIONMODULETHERESULTOFTHESIMULATIONPROVESTHATCONTROLWAYSARERIGHTANDFEASIBLEATTHESAMETIME，FROMTHECONCRETEANALYSIS，THERECTIFYINGSYSTEMAPPLIEDTHESIMPLEALGORITHMCANMAKETHEPOWERBIDIRECTIONALFLOWANDITSCONTROLALGORITHMISEASYKEYWORDSPWMRECTIFIERMATHEMATICALMODELMATLABSIMULATION目录第一章绪论111高功率因数整流器控制方法研究的背景1111电网谐波及谐波源1112谐波的危害1113谐波抑制技术112国内外PWM变换技术的发展状况213本文的研究的内容3第二章PWM整流器工作原理和空间矢量控制技术421三相PWM整流器的工作原理422电压型PWM整流器的数学模型5221三相PWM整流器采用开关描述函数的一般数学模型建立6222三相VSRDQ模型的建立8第三章高功率因数整流器系统仿真建模分析1431MATLAB动态仿真工具SIMULINK简介1432三相高功率因数整流器的控制结构1733三相高功率因数PWM整流器的MATLAB仿真模型2034MATLAB仿真分析22结语24致谢26参考文献27第一章绪论11高功率因数整流器控制方法研究的背景111电网谐波及谐波源公用电网谐波问题并不是一个新问题，早在本世纪20年代和30年代，当时静止汞弧变流器的使用造成电网电压和电流波形的畸变。到了50年代和60年代，由于高压直流输电技术的发展，推动了变流器谐波研究进一步深入。电网谐波是由于与之相联的非线性负载所产生，产生谐波的负载称为谐波源。112谐波的危害电力电子设备广泛应用以前，人们对谐波及其危害进行了一些研究，但那时因谐波污染还不严重，没有引起足够的重视。近二十年来，各种电力电子装置的迅速普及使得电网的谐波污染日益严重，由谐波引起的各种故障和事故也不断发生，谐波危害的严重性才引起人们高度重视。谐波对电网和其它系统的危害有以下几个方面1降低用电效率。2降低用电设备的寿命。3容易使电网与补偿电容器之间发生并联谐振或串联谐振。4会引起一些保护设备误动作，如继电保护，熔断器等。5会导致电气测量仪表计量不准确。6谐波通过电磁感应、静电感应和传导耦合等方式对临近的电子设备和通信系统产生干扰，严重时会导致它们无法正常工作3。113谐波抑制技术为了满足谐波标准的要求，必须对电力电子装置等非线性负载产生的谐波进行治理。目前，谐波抑制可以通过两个途径来实现一是通过安装补偿装置滤波器来补偿电力电子装置所产生的谐波，补偿装置与非线性负载相互独立，互不影响。该方法是一种被动的补偿方法。另一条途径是对电力电子装置本身进行改进,使其不产生谐波，是一种主动的方法。这两种方法各有其优点及适用范围，近年来都得到了较快的发展。谐波抑制技术有1无源滤波器2有源电力滤波器3有源功率因数校正技术4PWM整流技术。由于逆变和斩波装置所需的直流电压源来自整流电路，这种直流电压源大多也是用二极管整流再经过电容滤波得到的，因此其谐波和无功问题很严重。另外，交一交变频器和采用相控整流方式的交流电力调整电路都是谐波和无功问题很突出的电力电子装置8。随着计算机、家用电器和办公用品的普及和广泛使用，不控整流加电容滤波的应用飞速增长，由此带来的谐波问题已经相当突出。一项调查结果表明，主要谐波源来自整流器用户占89。而从谐波量的分布情况来看，其中整流装置产生的谐波量总共占了四分之三。因此，对高功率因数整流器控制方法的研究是非常有必要和迫在眉睫的。12国内外PWM变换技术的发展状况作为降低谐波的有效措施，PWM技术很早就应用于逆变电源。上个世纪七十年代始，有人尝试将PWM技术引入整流领域，并取得了良好的效果。采用PWM技术的APFC电路可获得单位功率因数和非常接近正弦的输入电流，我们也可以称之为PWM整流电路。与相控整流相比，PWM整流电路对电容、电感这类无源滤波或储能元件的需求大大降低，动态性能也有了很大提高。同APFC技术相比，PWM整流电路具有控制复杂、成本高等缺点，从而限制了它在小功率场合的应用。但在中大功率场合，特别是在需要能量双向传递的场合，PWM整流电路具有非常广泛的应用前景。PWM整流器作为有源功率因数校正器，几乎不需要增加任何硬件开销，即可实现能量的双向传递，且电路性能稳定。PWM整流器配合PWM逆变器可以构成理想的四象限交流调速的变流器，即双PWM变流器。这种变流器输入电流为正弦波，功率因数可调，能量可以方便地回馈电网，受到了广泛的重视。但是PWM整流电路在以后较长时间没有推广使用，其原因一方面是受全控器件发展水平的制约，更主要的原因是谐波问题在当时还不十分突出，缺乏实际需求的动力。随着以IGBT,IGCT,IPM等全控型电力电子器件的逐渐成熟以及现代控制理论的应用发展，为PWM整流电路的大规模实际应用奠定了坚实的基础。把逆变电路中的SPWM技术应用于由MOSFET、IGBT等全控型器件组成的整流电路，可以获得PWM整流电路。通过对其进行适当的控制，可以使输入电流非常接正弦波，且电流和电压同相或反相，功率因数近似为1。这种整流电路又称为单位功率因数变流器。PWM整流电路可以实现畸变很小的正弦化输入电流并实现单位功率因数运行，甚至可以实现能量的双向传输，真正实现了“绿色电能变换”。与传统相控整流器相比，体积和重量可以大大地降低，动态响应速度也得到了显著提高。PWM整流技术是一种积极的谐波抑制方法1。13本文的研究的内容本课题主要研究内容集中在PWM整流器的控制上。通过分析这一领域内的国内外发展现状，结合目前比较新颖的控制方法。主要研究内容包括第1章绪论部分，通过大量查阅中外文献，分析了PWM整流器控制方法的背景和国内外研究现状和趋势。第2章给出了三相PWM整流器的拓扑结构，推导了其在不同坐标系下的数学模型并深入分析了PWM整流器的工作原理；第3章结合异步电动机矢量控制的方法和原理，利用MATLAB软件进行仿真，得出了PWM整流器的网侧功率因数可以达到L，网侧电流波形为正弦，消除了谐波污染。第二章PWM整流器工作原理和数学模型系统模型是分析和设计三相电压型PWM整流器的基础，从不同的角度出发可以建立不同形式的系统模型，对应的控制方法也往往不同。本章主要研究三相电压型PWM整流器的系统模型和工作原理。21三相PWM整流器的工作原理图21分别给出了三相PWM整流器的拓扑结构。图21三相PWM整流器的拓扑结构三相VSR主电路如图21所示，三相桥臂均采用IGBT与二极管反并联构成可双向导电的开关器件，直流侧并联大电容。除必须具有输入电感外，PWM整流器的主电路结构和逆变器一样。通过对开关管进行实时、适式控制，可以在交流输入端得到正弦PWM电压，可见，在三相桥的交流输入端到电源中点可看作一个基波幅值和相位可调节的交流电源。以A相为例，可作等效电路如图22A，其中R为回路等效电阻。相应电流电压基波向量图如图22B和22C所示。可见当调节的基波相位和幅值，使基波滞后电源电压角时，输入电AVAV流与电源电压同相，并经过对控制电路和相关参数的适当设计可使输入电流谐波很小，功率因数近似为1。图22A交流侧等效电路图22B整流状态向量图图22C逆变状态向量图22电压型PWM整流器的数学模型建立数学模型是深入分析和研究PWM整流器的动态和静态特性的重要手段。本节建立了PWM整流器在三相静止坐标系A,B,C，两相静止垂直坐标系和两相同步旋转坐标系D,Q的数学模型。,PWM整流器低频数学模型是忽略与开关频率相关的高频谐波，基于整流器基波分析得到的。通过整流器的低频数学模型，可以得出稳态时整流器的向量图，通过几何图形可以清晰的表示出整流器的工作机理和各物理量之间的关系。当PWM整流器开关频率远高于电网基波频率时，为简化PWM整流器的一般数学描述，可忽略PWM整流器开关函数描述模型中的高频分量，即只考虑其中的低频分量，从而获得低频模型。低频模型非常适合于控制系统的设计，并可直接用于控制器设计。但是，由于这类模型略去了开关过程的高频分量，因而不能进行精确的动态波形仿真。PWM整流器高频数学模型是基于开关函数建立的，适合予PWM整流器的波形仿真。然而高频数学模型包含了开关过程的高频分量，很难用于指导控制器的设计6。221三相PWM整流器采用开关描述函数的一般数学模型建立4以三相半桥VSR电路拓扑为例，建立采用开关函数描述的VSR数学模型。电路图如21所示，并做以下假设1电网电动势为三相平衡的纯正弦波电动势（）。CBAE,2网侧滤波电感L是线性的，且不考虑饱和。3功率开关管损耗以电阻表示，即实际的功率开关管可由理想开关与SR损耗电阻串联等效表示。SR4为描述VSR能量的双向传输，三相VSR其直流侧负载由电阻和LR直流电动势串联表示。LE为了分析方便，首先定义单极性二值逻辑开关函数为KSCBASK,01导通，上桥臂关断，下桥臂关断，上桥臂导通，下桥臂将三相VSR功率开关管损耗等效电阻同交流滤波电感等效电阻合并，SR1R且令，采用基尔霍夫KCL，KVL定律以建立三相VSR各相回路SR1电压方程为（21）0NDCAAVSERIDTL（22）BB（23）0NDCCCVSEIT考虑三相对称系统，则联立式BAECBAII（21）（23）可得（24）30CBADCNSV在图21中，任何瞬间总有三个开关导通，其开关模式共有种，因823此，直流侧电流可描述为DCI25CBADCSISI再对直流侧电容正极性节点处应用基尔霍夫电流定律，可得26LDCCBADCREVSISITVC联立式（21）（26），可得到三相电压型PWM变换器在三相ABC坐标系下的状态方程，如式27所示。27LDCCBADCCBACDCBBBAAAREVSISITVCREILVSSITDEI33并考虑引入状态变量,则采用单极性二值逻辑开关函数描TDCBAIX,述的三相VSR一般数学模型的状态变量表达式为BEAXZ28LAACBACBARSSSSRSA13029CLZ0210LRB10TLCBAEEE由上式可知，三相输入电流和直流输出电压均与三相开关函数S相关。其中每相输入电流除了与本相桥臂的开关函数有关，还与其他两相桥臂的开关函数有关，是一个三相互相耦合的电路系统。由式2126不难得出，在三相静止对称坐标系A,B,C中，三相VSR开关函数模型为211031,CBAKCBAKCBAJJKDCKKLBAKDCIESVRTILISTVC式中单极性二值逻辑开关函数KA,B,C；KSVSR直流侧负载电流。LI其模型结构如图23所示图23三相静止坐标系A,B,C中三相VSR开关函数模型结构222三相VSRDQ模型的建立前面对三相静止对称坐标系A,B,C中的VSR一般数学模型进行了研究分析。这种VSR一般数学模型具有物理意义清晰、直观等特点。但在这种数学模型中，VSR交流侧均为时变交流量，因而不利于控制系统设计。为此，可以通过坐标变换将三相对称静止坐标系A,B,C转换成以电网基波频率同步旋转的D,Q坐标系。这样，经坐标旋转变换后，三相对称静止坐标系中的基波正弦变量将转化成同步旋转坐标系中的直流变量，从而简化了控制系统设计。三相静止对称坐标系中的三相VSR一般数学模型经同步旋转坐标变换后，即转换成三相VSRDQ模型。三相VSRDQ模型的建立过程中，常用到两类坐标变换。一类是将三相静止对称坐标系ABC变换成两相垂直静止坐标系；另一类是将三相静止对称坐标系变换成两相同步旋转坐标系DQ，或是将两相静止垂直坐标系变换成两相同步旋转坐标系DQ。上述坐标变换又分成“等量”和“等功率”变换两种。“等量”坐标变换是指变换前后通用矢量相等，也称为2/3变换。“等功率”变换在坐标变换前后功率相等，或称为变换。实际情况时，可根据具体要求任意选用两种变换10。32从三相静止对称ABC坐标系到两相静止垂直坐标系的等功率变换表达式为式210，所谓等功率坐标变换是指变换前后功率相等的变换，具体的等功率变换以及等量变化可以参看文献等。212CBAXX2310132式中也叫CLARK变换矩阵，下标表示的意思230132/ABCT/ABCT是三相到两相的变换。从两相静止坐标系到三相静止ABC坐标系的恒功率变换表达式为式（213）（213）XTXXABCCBA/2310式（213）中，小标表示的意思是两相到三相的2310/ABCTABCT/变换，而且和互为逆矩阵，即（E为单位矩阵）。ABC/ABC/使用变换矩阵进行三相ABC静止对称坐标系到两相静止垂直坐标系下的状态方程如下（214）01100EUIRSDTIDTILDCLC利用拉普拉斯变换把式（214）变换到S域中，得到系统传递函数方程如下（215）1DCAUESLRI（216）（217）1SISISCULDCDC式中，TBABCTEE/CIII/TBABCTSS/PWM整流器最后的目的是为了得到以电网基波频率同步旋转的DQ坐标系下的数学模型。因此要推导出在两相旋转坐标系中的数学模型。经过PARK变换后，空间矢量以电网角频率速度旋转。在两相同步坐标系中，空间矢量是静止的，在坐标轴上的分量也是静止直流量。从坐标到DQ坐标下的变换矩阵为218TTTDQCOSSINI/219TTDQII/从上式，推得从ABC坐标变换到DQ坐标系下的变换矩阵为22000/12SIN12SINICOCO32TTTTABCDQABC在使用变换矩阵时，由于静止坐标和旋转DQ坐标之间变换正交矩阵的元素是时间的函数。因此，不能够简单地认为,轴电流的导数经过旋转变换就是D,Q轴电流的导数，存在如下关系221QDQDDQQDIITTITIT0/利用变换矩阵，把式27变换成DQ坐标系下的状态方程如下2220110QDDCQDLQDDCQDUUIRSTUITL为两相坐标D,Q下单极性二值逻辑开关函数,利用拉普拉斯变换把式2QDS,22变换到S域中，得到系统传递函数方程为1DCDQDUSLISRI1QDCQQUSLISRISICUQDDCDC式中，TBAQBCTQDUU/CDAIII/TBAQBCTQDSS/三相VSR在两相同步旋转坐标系D,Q中的数学模型为223DCDQDQQLDQDCSVERILTIISITVC23其模型结构如图24所示图24两相同步旋转坐标系D,Q中三相VSR开关函数模型结构从同步旋转DQ坐标系下的数学模型可看出，PWM整流器中两相电流之间存在耦合。因此，基于DQ坐标系的数学模型，在设计电流控制器时，应考虑这种关系。下面就对这一非线性模型进行线型化处理。在三相VSR两相旋转坐标系数学模型中有两个表达式（），因此DQSI,该表达式具有明显的非线性特性，为了简化分析，需要进行线性化处理。定义2242DCVU三相VSR交流侧输出电压的D,Q分量为2252,QDCQDCQDSV定义，且令QDU,226DDCDQDCQVESEUES综上各式，三相VSR在两相D,Q坐标系下的线性方程227QDSSQDVIRLE电感的等效电阻和回路等效电阻之和。SR在两相同步旋转坐标系D,Q中，Q轴表示有功功率，D轴表示无功功率，那么如果无功电流为零，也就意味着无功功率Q为零，也就等效于功率因数DI为1即；P有功功率；S视在功率。S通过对PWM整流器的数学模型分析，其三相电流之间存在着耦合问题，通过坐标变换将三相静止对称坐标系下VSR方程转换到两相同步旋转坐标系D,Q见式227,为了实现电流的解耦，我们引入了前馈解耦控制并且因为QDI,在D,Q坐标系中均为直流量都可以通过PI调节实现无静差控制，所以将QDI,无功电流的给定值设置为0，就可以使整流器的功率因数为1，这也就是采用D空间矢量控制的高功率因数整流器的基本思想。第三章高功率因数整流器系统仿真建模分析31MATLAB动态仿真工具SIMULINK简介MATLAB软件环境是美国NEWMEXICO大学的CLEVEMOLER博士首创的。MATLAB从产生起，就得到了国外许多大学的师生，科技人员的关注，应用和开发。MOLER博士等一批数学家还创立了MATHWORK软件公司，进行了大规模的扩展与改进。在目前使用的MATALB语言可以直接转为C代码，使得MATLAB在工程设计和实现方面具有了实用性和竞争优势，深受广大工程技术人员的重视。今天MATLAB在生物医学工程、信号分析、语音处理、图像识别、航天航海工程、统计分析和自动控制等领域得到了广泛的应用，成为世界范围公认的，具有高可靠性的高级计算机编程语言，成为了很多专业领域科技人员必须掌握的一门计算机技术。MATLAB中SIMULINK是一个比较特别的工具箱，它具有两个显著的功能SIMU仿真与LINK链接，是实现动态系统建模、仿真的一个集成环境。具有模块化、可重载、可封装、面向结构图编程及可视化等特点，可大大提高系统仿真的效率和可靠性；同时，进一步扩展了MATLAB的功能，可实现多工作环境间文件互用和数据交换。它支持线性和非线性系统、连续时间系统和离散时间系统、连续和离散混合系统，而且系统可以是多进程的。利用SIMULINK对电力电子学中的各种整流波形进行的仿真有利于对PWM整流器进行控制系统设计和稳定性分析。对于电压型整流器控制系统的仿真，以往只考虑基波分量，得出的结果是光滑的曲线，与实物模型相差较大。本文使用MATLAB的SIMULINK实现了开关函数模型仿真方法。该方法用开关函数描述实际开关的瞬态过程，同平均模型相比提高了仿真的精度，同实物模型相比仿真速度明显加快，有效地解决了仿真算法收敛性问题，从而为设计和检验PWM整流器控制器提供了一种有效的方法。该仿真方法容易推广到各类PWM整流器的仿真研究中。32三相高功率因数整流器的控制结构实质上整个系统是一个电压环和两个电流环组成的双内环单外环的双环控制结构，电压环不仅控制直流输出电压并且电压环调节器输出作为有功电流的给定，无功电流的给定可以直接设为零。在电流电压双环系统中，作为QIDI内环的电流环直接决定着整个系统动静态特性的优劣。基于前馈的控制使三相VSR电流内环实现了解耦控制，如图31所QDI,示。图31三相VSR电流内环解耦控制结构考虑电流内环信号采样的延迟和PWM控制的小惯性特性，已解耦的电流内QI环结构如图32所示图32电流环结构QI图32中，为电流内环电流采样周期即亦为PWM开关周期，为桥STPWMK路PWM等效增益。为简化分析，暂不考虑的扰动，且将PI调节器传递函QE数写成零极点形式，即SKSIIPIIIP131III将小时间常数、合并，得简化的电流内环结构，如图33所示2ST图33无扰动时的电流内环简化结构QEQI电压外环控制的目的是为了稳定VSR直流侧电压。令三相电网基波电DCV动势为32012COSTEETMBA为简化控制系统设计，当开关频率远高于电网电动势基波频率时，可忽略PWM谐波分量，即只考虑开关函数KA,B,C的低频分量，则KS335012COS50TMSTCBA式中开关函数基波初始相位角；MPWM调制比。1对于单位功率因数正弦波电流控制，三相VSR网侧电流为34012COSTIITIMBA另外，三相VSR直流侧电流可由开关函数描述如下D35CBADCISIS将式33、34代入式35，化简得36OS750MDCII综合以上分析，三相VSR电压外环控制结构如图34所示。图34三相VSR电压外环控制结构电压外环采样小惯性时间常数电压外环PI调节器参数SVTK、电流内环等效传递函数SWCI为简化控制结构，将电压采样小惯性时间常数与电流内环等效小时间常V数3合并，即，且不考虑负载电流扰动，经简化的电压环控制STSVET3LI结构如图35所示。图35三相VSR电压环简化结构33三相高功率因数PWM整流器的MATLAB仿真模型为了方便验证其工作机理，下面对它用MATLAB进行仿真2。首先根据三相PWM整流器开关函数主电路建立SIMULINK仿真模型5。图36整个系统的MATLABSIMULINK模型图37三相PWM整流器系统仿真图图37清晰地表示出了系统地几个组成部分、坐标变换，扇区选择，有效矢量作用时间的计算，开关选择方式，解藕结构，输出直流电压的PID调节以及主电路模块。模型的建立包含了第二章几乎所有的内容，对于主电路的建立，在MATLAB环境中使用了数学模型而非物理模型，这主要是考虑到方便系统控制结构的设计和算法的实现。主电路SIMULINK模型是根据开关函数建立的，由开关函数建立的数学模型是对VSR开关过程在理想状态下精确的描述，在理想状态下，较适合于VSR的波形仿真，但是它也包含了大量的高频分量，而高频模型的使用就可以更加贴近系统实际运行状态6。34MATLAB仿真分析根据对传统双闭环空间矢量控制策略的分析，利用MATLAB/SIMULINK设计出单位功率因数下的仿真模型。该控制策略的仿真模波形如下。图38直流侧波形图39稳态时的放大波形0V0VFIGURE38WAVEFORMOFFIGURE39AMPLIFIEDWAVEFORMONSTEADYSTATEOF0V图310交流侧三相电流波形图311A相电压与电流的对照波形FIGURE3103PHASECURRENTWAVEFORMFIGURE311CONTRASTWAVEFORMBETWEENATACSIDEAPHASEVOLTAGEANDCURRENT图312交流侧电流频谱FIGURE312CURRENTSPECTRUMATACSIDE图313不控整流时的电流频谱FIGURE313CURRENTSPECTRUMOFUNCONTROLLEDRECTIFIER图314负载突加时的动态响应图315负载突加时的动态响应0V0IFIGURE314DYNAMICRESPONSEOFFIGURE315DYNAMICRESPONSEOF0V0IWHENTHELOADSUDDENINCREASEWHENTHELOADSUDDENINCREASE图316负载突加时交流侧电流的图317负载突加时A相电流与电压的响应波形对照波形FIGURE316DYNAMICRESPONSEOFACCURRENTFIGURE317CONTRASTOFDYNAMICRESPONSEWHENTHELOADSUDDENINCREASEBETWEENAPHASEVOLTAGEANDCURRENTWHENTHELOADSUDDENINCREASE图318能量回馈时A相电流与电压的对照波形FIGURE318CONTRASTOFWAVEFORMBETWEENAPHASEVOLTAGEANDCURRENTWHENFEEDBACKENERGY从图38和图39中可以看出，采用传统的双闭环空间矢量控制策略具有较好的动态性能和稳态性能，的超调小于10，调节时间小于01S，稳态时0V的误差为06V。从图311中看出可以控制相电压与相电流几乎同相位，即功率因数基本为1。从图312和313的比较中可以看出，PWM整流器交流侧的谐波电流得到了明显的改善，不控整流时的THD接近25，而用PWM整流器时THD为297。从图314图317中可以看出系统具有较好的抗扰动性能，小于20，调节时间小于01S。系统能量回馈时A相电压和电流的VMV波形见图318，网侧功率因数接近1。结语随着电力电子技术的迅速发展，谐波污染问题越来越不容忽视。电压型PWM整流器VSR因功率因数近似为L，并能减少电流谐波，实现能量的双向流动而备受关注。因此PWM整流器是一种积极有效而主动的谐波抑制方法，已成为电力电子技术的一个研究热点。当