电源技术中的三电平PWM整流器双闭环控制系统的研究

摘要： 在三电平PWM整流器数学建模的基础上，通过电流电压的双闭环控制，达到了有功无功解耦控制的效果，实现了网侧单位功率因数。针对三电平变换器中直流母线电容电压平衡问题，给出了解决方案。实验结果验证了该控制方案的可行性，可有效保持直流母线电压的稳定，使其具有电流谐波含量低、动态响应性能好、抗干扰能力强等优点，具有很强的实用性。 　　1 引言 　　伴随着各种谐波标准逐步被工业界采纳，功率因数和谐波含量已成为设计电力电子设备时不得不考虑的因素。由传统的不控整流和相控整流过渡到PWM整流已成为发展趋势。与传统的整流方式相比，PWM整流采用PWM技术控制整流桥臂上各开关管的导通和关断，使电路的输入 电源技术中的三电平PWM整流器是一种先进的电力电子转换技术，它在现代电力系统和工业应用中扮演着重要角色。这种技术的核心是利用脉宽调制（PWM）策略来控制整流器的开关元件，以实现高效、高质量的电源转换。 在三电平PWM整流器中，双闭环控制策略是实现优异性能的关键。这一控制策略包括电流环和电压环，两个环路相互独立，分别负责电流和电压的精确调节。电流环通常设置为内环，用于快速跟踪负载变化，确保电流的稳定和谐波含量的降低。电压环作为外环，负责调整整个系统的功率因数，确保电网侧的输入电流与电压同相位，从而达到单位功率因数，减少对电网的谐波污染。 在三电平变换器中，直流母线电容电压的平衡是一个关键问题。不平衡的电容电压可能导致器件过压或过流，影响系统的稳定性和寿命。为此，研究中提出了一种解决方案，以保持直流母线电压的稳定，防止电容电压的漂移。这种控制方法有助于提高系统的可靠性，并且在实际运行中表现出良好的动态响应和抗干扰能力。 PWM整流器相对于传统的不控整流和相控整流，有着显著的优点。PWM控制使得输入电流更接近正弦波形，与输入电压同相，从而提高了功率因数。此外，输出电压的纹波减小，动态响应性能提升，这在需要快速响应的应用中尤为重要。 三电平PWM整流器尤其适用于高压大容量的场合，其优势在于较简单的控制策略和相对较低的硬件成本。相比于四电平或更高电平的整流器，它简化了控制复杂度，而与同电压等级的两电平整流器相比，三电平结构降低了主功率开关管承受的电压应力，减少了开关过程中的电流谐波，从而降低了开关损耗和热应力。 在三电平PWM整流器的电路拓扑中，常见的结构是二极管箝位式，每相都有三种可能的电平状态，组合起来共有27种可能的输入状态，这为优化控制提供了更大的灵活性。空间矢量控制方法是实现这一拓扑高效控制的重要手段，通过精心选择开关状态，可以实现理想的电压输出和电流控制。 三电平PWM整流器的双闭环控制系统研究是电源技术领域的前沿课题，通过电流电压的精确控制，不仅可以实现有功无功解耦，还能优化功率因数，减少谐波影响，确保系统稳定，具有广泛的实际应用价值。随着电力电子技术的发展，这种技术将在能源管理、电力传动、新能源发电等领域发挥更大的作用。