D01:10.13374j.isml00103x2006.11.020 第28卷第11期 北京科技大学学报 Vol.28 No.11 2006年11月 Journal of University of Science and Technology Beijing Now.2006 电压型PWM整流器直接功率控制 系统主电路参数设计 王久和2》 张金龙”李华德2》 1)北京信息工程学院北京1001012)北京科技大学信息工程学院北京100083 摘要为了解决电压型PWM整流器直接功率控制系统主电路参数设计问题根据整流器在dq 两相同步旋转坐标系中的数学模型建立了其功率控制数学模型.基于功率控制数学模型，结合整 流器直接功率控制系统的特点.推得交流侧电感是由功率、功率滞环比较器环宽及开关平均频率 决定的：直流侧直流电压是由交流电压、电感及负载决定的：突加负载时直流侧电容是由直流电压 波动、功率、电感及负载决定的.根据上述影响主电路参数的诸多因素，提出交流侧电感、直流侧电 压及直流侧电容的设计方法.计算机仿真和实验证明了本文提出的设计方法是可行的. 关键词PWM整流器：直接功率控制：直流电压：交流侧电感：直流电容 分类号TM461 PWM整流器具有网侧电流低谐波、单位功 开关管（绝缘栅双极型晶体管IGBT)开关函数： 率因数、能量双向流动及恒定直流电压控制等优 S定义为单极性二值逻辑开关函数，S,=1(j= 点，实现了电能的“绿色变换”，PWM整流器直接 a,b,c)则上桥臂开关导通，下桥臂开关关断，S, 功率控制策略(DPC)具有结构和算法简单、动态 =0则下桥臂开关导通，上桥臂开关关断：U为 响应快、单位功率因数等优点，成为国内外学者研 直流电压：R,L为滤波电抗器的电阻和电感；C 究的热点.PWM整流器DPC系统的性能取决于 为直流侧电容；RL为负载；a,ub,urc为整流器 系统结构、主电路参数和控制器参数，而控制器参 的输入相电压：立为负载电流. 数又依赖于主电路参数：因此，在系统结构一定的 情况下，主电路参数影响了DPC系统的性能.国 内外文献中对于PWM整流器主电路参数设计方 法主要是针对电流控制策略、SPWM调制方 U&RE 式F8,对于PWM整流器DPC系统的主电路参 R 数设计方法未见报导.本文根据整流器DPC系 统的特点和功率控制数学模型，提出了整流器 DPC系统的主电路参数设计方法， 0 1 电压型PWM整流器DPC系统 图I电压型PWM整流器主电路拓扑结构 结构及原理 Fig.I Topological structure of power circuit of a three phase boost-type PWM rectifier 11电压型PWM整流器拓扑结构及数学模型 由图1可知： 电压型PWM整流器主电路拓扑结构如图I 所示.图中ua,,e为三相对称电源相电压： ua=L +Ria+faUa dt ia,ih,ic为三相线电流；Sa,Sb,Se为驱动整流器 46= db+Rib十fUk (1) d 收稿日期：2005-09-01修回日期.200603-16 基金项目：北京市教有委员会科技发展计划项目(No. KM200510772001):北京市属市管高等学校“拔尖创新人才计 =L普+R+U 划”项目 式中，= 2Sa-Sh-Se 6= 2Sb-S。-Se 作者简介9g话么99h男博志Journal Electronic Publishing House..A3 rights3 erved.. fe= ttp://www.cnki.ne电压型 PWM 整流器直接功率控制 系统主电路参数设计 王久和 1, 2) 张金龙 1) 李华德 2) 1)北京信息工程学院, 北京 100101 2)北京科技大学信息工程学院, 北京 100083 摘 要 为了解决电压型 PWM 整流器直接功率控制系统主电路参数设计问题, 根据整流器在 dq 两相同步旋转坐标系中的数学模型建立了其功率控制数学模型.基于功率控制数学模型, 结合整 流器直接功率控制系统的特点, 推得交流侧电感是由功率、功率滞环比较器环宽及开关平均频率 决定的;直流侧直流电压是由交流电压、电感及负载决定的;突加负载时直流侧电容是由直流电压 波动、功率、电感及负载决定的.根据上述影响主电路参数的诸多因素, 提出交流侧电感、直流侧电 压及直流侧电容的设计方法.计算机仿真和实验证明了本文提出的设计方法是可行的. 关键词 PWM 整流器;直接功率控制;直流电压;交流侧电感;直流电容 分类号 TM 461 收稿日期:2005 09 01 修回日期:2006 03 16 基金 项 目:北京 市 教 育 委员 会 科 技 发展 计 划 项 目(No . KM200510772001);北京市属市管高等学校“拔尖创新人才计 划”项目 作者简介:王久和(1959—), 男, 教授, 博士 PWM 整流器具有网侧电流低谐波、单位功 率因数 、能量双向流动及恒定直流电压控制等优 点,实现了电能的“绿色变换” .PWM 整流器直接 功率控制策略(DPC)具有结构和算法简单、动态 响应快、单位功率因数等优点 ,成为国内外学者研 究的热点 .PWM 整流器 DPC 系统的性能取决于 系统结构 、主电路参数和控制器参数,而控制器参 数又依赖于主电路参数;因此 ,在系统结构一定的 情况下 ,主电路参数影响了 DPC 系统的性能.国 内外文献中对于 PWM 整流器主电路参数设计方 法主要是针对电流控制策略 、SPWM 调制方 式 [ 1-8] ,对于 PWM 整流器 DPC 系统的主电路参 数设计方法未见报导.本文根据整流器 DPC 系 统的特点和功率控制数学模型, 提出了整流器 DPC 系统的主电路参数设计方法 . 1 电压型 PWM 整流器 DPC 系统 结构及原理 1.1 电压型 PWM 整流器拓扑结构及数学模型 电压型 PWM 整流器主电路拓扑结构如图 1 所示.图中 ua , ub , uc 为三相对称电源相电压; ia , ib , i c 为三相线电流 ;Sa , Sb , Sc 为驱动整流器 开关管(绝缘栅双极型晶体管 IGBT)开关函数; Sj 定义为单极性二值逻辑开关函数 , Sj =1(j = a , b , c)则上桥臂开关导通, 下桥臂开关关断, S j =0 则下桥臂开关导通, 上桥臂开关关断;Udc为 直流电压;R , L 为滤波电抗器的电阻和电感;C 为直流侧电容;R L 为负载 ;ura , u rb , urc为整流器 的输入相电压 ;i L 为负载电流 . 图 1 电压型 PWM 整流器主电路拓扑结构 Fig.1 Topological structure of power circuit of a three-phase boost-type PWM rectifi er 由图 1 可知: ua =L d ia dt +Ri a +f aUdc ub =L dib d t +Rib +f bUdc uc =L d ic dt +Ric +f cUdc (1) 式中, f a = 2Sa -Sb -Sc 3 , f b = 2Sb -Sa -Sc 3 , f c = 第 28 卷 第 11 期 2006 年 11 月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol.28 No.11 Nov.2006 DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2006.11.020