基于虚拟磁链定向矢量控制的三电平PWM整流器仿真研究

1引言

随着电力电子装置的广泛应用，大量低功率因数的二极管不控整流和晶闸管相控整流设备仅能实现能量的单向输送，对电网的谐波污染严重。可逆PWM整流器不仅具有能量可双向传输、网侧电流正弦及达到单位功率因数等特点，还解决了传统整流装置中存在的诸多问题，近年来越来越受到关注，具有广阔的应用前景。在中高压大功率的应用场合，三电平PWM整流器应用较为广泛，它的功率因数达到1，具有两电平所不可比拟的优点。目前三电平PWM整流器，主要采用电压定向矢量控制方式，此时需要检测电网电压、输入电流和直流母线电压，众多传感器及其信号处理电路带来高成本及复杂性问题。因此，与电机高性能控制相类似，以去掉传感器为目的，降低系统成本和提高可靠性的“无传感器”控制逐渐成为当前PWM整流器的研究热点。在三类控制参数的采集当中，网侧电流和直流母线电压传感器除了用于系统控制外，还要用于电压、电流的保护，这两类传感器不宜去掉。因此，无网侧电压传感器是PWM整流器实现的主流。在这其中，虚拟磁链技术以其独特的优势，成为研究重点。

然而，目前此类研究均着眼于两电平拓扑。此外，由于无网侧电压传感器，整流器启动过程中存在过大的电流冲击。为解决这一问题，文献[1]提出在初始时刻用零矢量来计算网侧电压的方法；文献[2]将相同思想应用到虚拟磁链的观测中，但试验结果不甚理想，大电流仍无法避免。基于该背景，为将虚拟磁链技术应用于三电平拓扑场合，并抑制系统启动过程中的浪涌电流冲击，本文从三电平PWM整流器数学模型出发，推导出了虚拟磁链在三电平PWM整流器控制中的应用方法，并进行了仿真分析。

2虚拟电网磁链的引入

二极管箝位三电平PWM整流器拓扑如图1所示。

图1三电平PWM整流器主电路拓扑

按照可能的开关状态，引入三电平整流桥三相桥臂的开关函数sip、sin（i=a,b,c）为：

若S1i,S2i开通，S3i,S4i关断，则sip=1,sio=0,sin=0；

若S2i,S3i开通，S1i,,S4i关断，则sip=0,sio=1,sin=0；

若S3i,S4i开通，S1i,S2i关断，则sip=0,sio=0,sin=1。