摘 要：本文分析了电压型PWM整流器的四象限工作原理，建立了在三相静止abc坐标系、两相静止αβ坐标系和两相旋转dq坐标系下的数学模型，对间接电流控制策略进行了简单的分析，给出其控制系统结构并对其控制参数进行了求取；分析了固定开关频率的直接电流控制策略，给出了其在abc坐标系下的控制系统结构，并对abc坐标系和dq坐标系下的控制策略的优劣进行了简单的比较；分析了电流滞环的直接控制策略的工作原理，并对其开关频率进行了求取。设计了电压外环和电流内环的控制器，并对其控制器参数进行了推导。

关键词：PWM整流器；电流控制；电流内环；电压外环

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.24.169

1 引言

整流器是电力电子常用的设备之一。传统的整流器动态响应慢、功率因数低且不可控并且无法实现能量的双向流动。传统的整流器多采用二极管不可控整流电路或晶闸管相控整流电路[1]，效率低并且会对电网产生严重污染。解决上述问题的根本方法就是使整流设备实现网侧电流正弦化且相位可控。而将PWM技术引入整流器控制中，就得到了取代传统整流器的PWM整流器。与传统整流器相比，它不仅可以使得网侧电流为正弦波、功率因数为1或者可调，而且可以实现电能的双向传输、得到较快的动态控制响应。本文就PWM整流器展开了讨论，建立了在abc坐标系下的数学模型，研究了一种电流控制策略。

2 电压型PWM整流器工作原理及其数学模型

2.1 电压源型PWM整流器工作原理分析

VSR的四象限运行，关键在于对网侧电流的控制。通过改变电流的相位，进而控制整流器的运行状态，调整有功功率与无功功率的传输方向。图1是VSR的四种特殊的运行状态[2]。

2.2 三相电压型PWM整流器的数学模型

本文根据基尔霍夫电压定律和基尔霍夫电流定律对三相VSR主电路的拓扑结构进行了描述，得到三相VSR的一般数学模型，如式（1）所示：

（1）

3 固定频率的直接电流控制理论

所谓固定开关频率PWM电流控制，通常情况下指的是使PWM三角载波的频率固定不变，把电流偏差信号作为调制波的控制方式。固定开关频率PWM电流控制与间接电流控制相比，增强了系统的鲁棒性、加快了系统的响应速度。

上面提到的固定开关频率PWM电流控制是基于abc坐标系的电流控制，除此之外还有基于dq坐标系的固定开关频率PWM电流控制。相比之下，基于dq坐标系的控制系统有更多的优点，如：指令电流信号是时不变的而非正弦的时变信号、可以实现在abc坐标系下实现不了的无静差控制、更加方便对有功电流和无功电流的独立控制。因此，在对系统对动静态性能均有比较高的要求的三相电压源型PWM整流器电流控制，多采用基于dq坐标系的固定开关频率PWM电流控制方案。

4 结论

作为一种“绿色”装置，一种积极主动的消除电网谐波的方式，电压源型PWM整流器早已是国内外研究的热点，在提高电能利用率和改造电网污染、提高风能太阳能等新能源的利用率等方面均得到了广泛的应用。它主要的优点是：（1）功率双向流动；（2）使输入电流正弦化；（3）实现单位功率因数运行或功率因数可调；（4）直流电压可调。而本文对PWM整流器做出了简单的理论分析，并对其控制策略进行了研究。

参考文献：

[1]张兴，张崇巍.PWM整流器及其控制[M].机械工业出版社，2012.

[2]贾俊川，李卫国.三相电压型PWM整流器控制特性[J].电力自动化设备，2010，30（04）：63-65.

[3]赵振波.三相电压型PWM整流器及其控制策略研究[D].华北电力大学，2002.

[4]沈量，尹洪全，李振清.一种单相并网逆变器的控制策略的研究[J].东北电力大学学报，2013，33（1/2）：76-79.

作者简介：段双明（1984-），男，吉林长春人，研究生，助理实验师，研究方向：电力电子技术。endprint