高功率因数PWM可逆变换器

消除电网谐波污染、提高功率因数是电力电子领域研究的重大课题。本文 研究高功率因数可逆PWM(Pulse Width Modulation)变换器及其控制策略，以三 相两电平电压型可逆PWM 变换器及二极管箝位型三电平(Three-level，TL)可逆 PWM 变换器作为研究对象。对三相两电平电压型PWM 变换器和三电平电压型 PWM 变换器均采用电压空间矢量 PWM(Space Vector PWM, SVPWM)调制方 法，以获得网侧低电流谐波，提高直流侧电压利用率。 ### 高功率因数PWM可逆变换器及其控制策略 #### 一、研究背景与意义 随着电力电子技术的发展，电力电子设备在工业生产、家庭电器等领域的应用越来越广泛。然而，这些设备在提高用电效率的同时，也带来了电网谐波污染的问题。谐波不仅会降低电力系统的整体效率，还可能导致电气设备损坏，甚至引发安全事故。因此，消除电网谐波污染、提高功率因数成为了电力电子领域的重要研究课题。 #### 二、研究对象与方法 本文主要研究对象为高功率因数可逆PWM变换器，具体包括三相两电平电压型可逆PWM变换器以及二极管箝位型三电平(Three-level，TL)可逆PWM变换器。研究中采用了电压空间矢量PWM(SVPWM)调制方法来提高变换器性能。 **1. 三相两电平电压型PWM变换器** - **工作原理**: 该类型的变换器通过控制开关元件（如IGBT）的通断，实现输入交流电向直流电的转换，并能够反向操作，即从直流电转换为交流电。 - **控制策略**: 采用电压空间矢量PWM调制方法，通过对不同电压矢量的作用时间进行控制，从而实现输出电压的精确调节。 - **特点**: 能够有效减少电流谐波，提高直流侧电压利用率。 **2. 三电平电压型PWM变换器** - **工作原理**: 相较于传统的两电平变换器，三电平变换器具有更多的电压电平组合，能够提供更为平滑的输出电压波形。 - **控制策略**: 除了采用SVPWM调制方法外，还需考虑中点电位平衡控制问题，以确保变换器的稳定运行。 - **特点**: 更低的输出电压谐波含量，更高的电压利用率，适用于大功率场合。 #### 三、关键技术与算法 - **预分解矩阵的快速算法**: 提高了SVPWM调制过程中的计算效率，减少了非线性算法带来的复杂度。 - **预测电流控制算法**: 在两相静止坐标系下实现电流预测控制，结合预分解SVPWM算法，实现实时高效的电流控制。 - **无电网电压控制策略**: 在同步旋转坐标系下研究无电网电压控制方法，提出了基于无电网电压传感器的新控制算法。 - **中点电位平衡控制**: 对于三电平变换器，提出无电流传感器滞环控制策略，实现了中点电位的有效平衡。 - **模糊控制技术**: 结合SVPWM调制方法，实现了智能选择冗余小矢量作用时间的功能，进一步改善了中点电位的平衡特性。 #### 四、控制策略实现与验证 - **双闭环控制系统设计**: 借鉴直流电机调速系统的控制策略，在同步旋转坐标系下设计双闭环控制系统，采用经典的PI调节器实现电流和电压的解耦控制。 - **数字信号处理器(DSP)实现**: 使用TI公司的TMS320F2808 DSP芯片，实现了PWM变换器的全数字控制。 - **仿真与实验验证**: 通过MATLAB/Simulink等工具进行仿真验证，同时搭建实验平台进行实际测试，证明了所提出的控制方法及算法的有效性和可行性。 #### 五、结论 本文针对消除电网谐波污染、提高功率因数这一重大课题，深入研究了高功率因数可逆PWM变换器及其控制策略。通过对不同类型的PWM变换器进行理论分析、算法设计与优化，最终通过仿真和实验验证了研究成果的可行性和有效性。未来的研究方向将进一步探索更高效、更可靠的控制方法和技术，为电力电子技术的发展贡献力量。