整流器控制原理详解

整流器控制的主要目标是功率因数为1和稳定的直流电压，当然还有改善波形。常采用的控制算法可分为两大类：一类是间接控制，通过三相整流器电流环、电压环运算获得空间参考电压矢量，然后通过整流器空间电压矢量的合成，并定时输出开关信号，以达到控制的目的。一类是直接控制，将滞环控制与SVPWM控制相结合，通过整流器空间矢量的实时切换，使电流误差被限制在给定滞环内，从而获得电流高品质控制。

三相三电平的控制SVPWM算法的总体框图如图5-12所示，图中，给定的直流母线电压信号U_d^*与实际检测的直流母线电压信号U_d相比较，并将其差值送入PI调节器，得到直流母线电流信号I_d，该信号送入相应的控制算法模块，与实际检测的电源电压u_s及电流矢量i_s进行运算，输出电压u_K，得出整流电路的12个电力电子器件的开关状态，控制整流器工作。

电路由逆变状态进入整流状态过程与上述类似。

下面叙述两类电流控制模块的算法。

1.间接电流控制算法

首先确定参考矢量。在整流状态下，i_s^*与u_s同方向，因此幅值与I_d成正比

图5-12 三电平整流器电流控制算法总体框图

i_s^*=kI_d （5-8）

根据整流电路，整流器输出合成参考矢量为

式中 u_s——电网电压；

u_R、u_L——整流电路电阻R_s和电感L_s压降。

由此可得间接电流控制算法框图如图5-13所示。

图5-13 间接电流控制算法框图

矢量选择模块的功能是根据参考电压矢量u_r和载波周期确定各空间矢量电压u_K的作用顺序和作用时间，由于u_r是计算所得，故控制效果较差。

2.直接电流控制算法

若不计电阻，整流电路方程为

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u_r为三相整流器交流侧输出电压。由式（5-8）计算得i_s^*，代入式（5-10）可得参考电压u_r为

而整流器交流侧实际输出值

式（5-11）和式（5-12）相减，得

则

由式（5-13）和式（5-14），对于给定的具有零误差电流响应的参考电压u_r^*，可以选择合适的三相整流器空间电压矢量u_K，（k=0，1，2，…6），以控制u_K的变化率，进而控制误差电流矢量的变化率di_s/dt和控制误差电流矢量Δi_s。

直接电流控制算法框图如图5-14所示，控制策略是将电流指令i_s^*与输入的反馈电流i_a、i_b、i_c通过定环宽的磁滞比较单元，由空间电压矢量选择逻辑输出一个合适的u_K，（K=0，…2，…6）从而使三相整流器电流跟踪指令电流。

图5-14 直接电流控制算法框图

3.能量交换圆图^[3]

在PWM整流器能量交换过程中，圆图表示了整流器输出电压U与输出电流I的关系，通过圆图可以直观地分析整流器的电压输出范围、电流输出范围和功率因数之间的关系。

设整流器的最大输出电流I保持不变，则网侧输出电压矢量的终点应落在以电网电压E为圆心，LI为半径的圆周及圆盘内，如图5-15a所示。

一般我们希望整流状态的网侧功率因数为1，则E和I同向，U的终点应落在过E终点的E的垂线上，如图5-15b所示。该垂线左侧的区域，整流器从电网吸收感性无功功率；右侧的区域，整流器向电网发出感性无功功率。

图5-15 能量交换圆图和单位功率因数工作区域示意图

a）能量回馈整流器工作区域圆图 b）单位功率因数工作区域示意图

整流器进入逆变状态，E、I反向，整流器向电网回馈有功功率，并为单位功率因数，如图5-16所示。