三相电压型PWM整流器直接功率控制方法综述(2)

2025-11-12

基于虚拟磁链的直接功率控制策略除了具有V-DPC 的诸优点之外,还具有[10]: (1)较低的采样频率;

(2)在输入三相电网电压不理想的情况下有更低的电流总谐波含量(THD)。 同样VF-DPC 也没有解决开关频率不固定的问题。 3.3 基于瞬时功率理论的直接功率控制

传统理论中的有功功率、无功功率都是定义在平均值的基础上,只适用于电压、电流为正弦波的情况;而瞬时功率理论的概念是建立在瞬时值的基础上,对正弦、非正弦电压和电流的情况都适用[12]。

图5 给出了基于瞬时功率理论的直接功率控

制系统框图[13]。控制原理与V-DPC 相似,用计算得到的有功功率P、无功功率Q与功率给定做差,其结果经过功率滞环比较与电压矢量所在扇区兹n一起决定系统的开关状态。

与V-DPC、VF-DPC 相比,系统虽然采用了额外的电压传感器,但瞬时功率的计算不依赖于系统开关状态,使算法大大简化,同时也提供了更准确的有功、无功功率瞬时量。同时该控制策略同样具有动态响应快、输入侧电流畸变率低等优点。缺点是: (1)开关频率不固定; (2)要求较高的采样频率。

3.4 基于空间矢量的直接功率控制(SVM-DPC)

基于空间矢量的直接功率控制(SVM-DPC)用空间矢量PWM调制模块和PI环节取代了传统DPC 系统中的开关矢量表和功率滞环[14-16]。

空间矢量调制直接功率控制策略优点: (1)不使用非线性控制器;

(2)开关频率是固定的,因此方便了网侧电感参数的选取; (3)降低了采样频率;

(4)可获得任意方向电压矢量,不存在无功失调区; (5)具有更低的输入电流畸变率。

缺点:

(1)控制算法复杂化,瞬时功率的估算依赖系 统当前开关状态;

(2)多个PI 环节使系统调试复杂度增加。

另外为进一步得到更准确的瞬时功率,有学者提出了在网侧增加电压传感器的控制方案,根据瞬时功率理论计算瞬时有功、无功功率,该方法在三相输入电压不对称等非理想的情况下获得了较好的控制效果。 3.5 基于功率预测的直接功率控制(P-DPC)

基于功率预测的DPC系统[17-19]可以分为定频率和不定频率两种。文献[18]详细介绍了两种PDPC各自的控制算法并做了仿真研究,从两者的仿真结果来看定频控制的效果较优。

图7 给出了基于功率预测的定频直接功率控制系统框图,系统通过功率预测模型得到当前瞬时功率,并结合给定功率选择最佳的电压矢量序列和其对应的作用时间,来控制PWM整流器在恒定开关频率下的运行。

功率预测通过公式(15)、公式(16)计算完成。

基于定频功率预测的直接功率控制保持了传统DPC 的优点,如动态响应快等,同时以新颖的方法实现了固定开关频率的目的,使整流器系统参数设计简化。该控制策略的缺点主要体现在功率算法相对较为复杂。

3.6 基于功率解耦的直接功率控制

由于三相电压型PWM 整流器是混合非线性系统,有功功率与无功功率相互耦合,影响了系统的控制性能。功率解耦控制的思路是将有功功率、无功功率从相互耦合的复杂关系式中分离出来,得到独立的表达式,为系统提供更加准确的控制模型[20-22]。

图8 是采用无源性控制实现功率解耦的直接功率控制结构框图[22]。有功功率给定可由公式(17)计算得到,公式(18)、(19)给出了具体的无源功率控制律。将Sd、Sq 代入整流器数学模型[22]得到公式(20)、(21),可以看出P、Q 的表达式中不再含有传统DPC 控制策略功率表达式中的耦合项。


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