無網側電動勢傳感器的PWM可控整流的研究
郭文博，楊貴杰，李鐵才
(哈爾濱工業大學．黑龍江哈爾濱150001)
摘要：針對由傳感器帶來的高成本、低穩定性等諸多缺點，提出一種無網側電動勢傳感器的PWM可控整流控制策略。在對三相電網電動勢方程分析的基礎上，利用交流電流偏差調節法重構了網側電動勢的幅值和相角，建立了PWM可控整流的Matlab仿真模型驗證理論的正確性。仿真結果表明，該系統能夠迅速準確地辯識出電網電動勢，并且能夠以單位功率因數運行于整流和逆變，實現了能量的雙向傳輸。
關鍵詞：PWM；閉環電網電壓重構；單位功率因數運行
中圖分類號：TM34 文獻標識碼：A 文章編號：1004—7018(2008)12—0001—03
0引言
PWM整流器是應用脈寬調制技術發展起來的一種電源變流器，它實現了網側電流正弦化，且運行于單位功率因數，甚至可以雙向傳輸，不但可以節約能源，還能減小電網污染，在能源日益緊缺和電力系統中諧波和無功問題越來越嚴重的今天，這種能夠雙向高效率傳輸能量的變頻器逐漸成為研究熱點[1]。
隨著對PWM整流器控制策略研究的不斷深入[2]，傳感器帶來的問題逐漸突出，眾多的傳感器不但增加成本，還會加大系統的不穩定性，而且在某些特殊的環境下獨立的傳感器會帶來安裝的不方便。為進一步簡化PWM整流器的信號檢測，ToshiHiko Noguchi等學者相繼提出了無傳感器的PWM整流器控制策略，得到了廣泛的關注。
通常情況下，PWM整流器有三種傳感器：網側電動勢傳感器，網側電流傳感器和母線電壓傳感器。后兩種傳感器對系統的過流和過壓保護有著重要作用，因而一般情況下予以保留，而網側電動勢傳感器則可以通過計算得到，對此研究人員相繼提出了幾種無電網電動勢傳感器的PWM整流器控制策略[3-5]。本文利用交流電流偏差調節重構了電網電動勢，Msttab仿真結果表明，該系統能夠準確辨識出電網電動勢，并且能夠以單位功率因數實現整流和逆變，對實現“綠色電能變換”有一定現實意義。
1無網側電動勢傳感器的PwM可控整流
1．1網側電動勢重構原理
對電網電動勢的重構主要有兩種方案：一是通過負功率的估計來重構電網電動勢[6]，這是一種開環估計算法，因而精度不高，并且在負功率估計算法中，由于含有微分項，容易引入干擾；另一種方案是基于交流電流偏差調節的網側電動勢重構[7-8]，這是一種閉環估計算法，因而精度較高。本文采用的是第二種方法。
圖1為無網側電動勢傳感器的PWM整流器拓撲圖[9]。
對于三相平衡系統來說，設相電動勢的峰值是Em,角速度為ω，初始角度為θ0，有θ=ωt+θ0，則三相電網電動勢的表達式：
而在三相靜止坐標系(a-b-c)中，三相電壓通常還可以表示如下：
式中：i是整流器的輸入電流，v是輸入電壓。引入基于估計相角θ的坐標變換，代表估計值，變換矩陣為：
上述電壓議程轉化到兩相旋轉坐標系(d,q)中可以得勝到：
各分量之間的關系如圖2所示。
將上圖中各分量寫為適量形式，則可以得到如下的電壓方程表達式：
將式（5）、式（6）離散化，可以求得：
式中：Ts是PWM采樣周期。通過式(7)求得電流離散表達式：
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