作者：万山明 宋 琦

    摘要：研究了三相高频pwm整流器的数学模型，分析了预测电流控制方法的基本原理，给出了电压控制环路计算的方法。最后给出了实验结果。

    关键词：三相高频pwm整流器；预测电流控制；原理与计算

    引言

    传统的相控整流器和二级管整流器存在功率因数低、电流谐波含量高、对电网污染严重等缺点。高频pwm整流器功率因数可达1，输入电流为正弦，且可向电网回馈能量,克服了传统整流器的缺点。高频pwm整流器在控制算法上一般采用电压、电流双环设计，以控制直流输出电压的稳定并使输入电流为正弦。在电流控制算法上，常常采用将模型转换到同步旋转的dq坐标系的方法，以实现d、q轴电流的解耦控制为目标，这种算法常常需要锁相环等环节实现d、q轴的定位，比较复杂。本文研究了一种预测电流控制法，能实现对电流的快速响应，且实现简单。

    1 三相高频pwm整流器模型和预测电流控制的基本原理

    三相电压型高频pwm整流器主电路如图1所示。由图1可得

    式中：usa，usb，usc分别为三相电源电压；

    isa，isb，isc为相应的三相电流；

    uca，ucb，ucc分别为a，b，c三点处的电压，为三个控制量，决定于各桥臂的占空比和直流输出电压；

    l为各相串联电感的电感量。

    用前向差商代替微分对式（1）离散化，得

    式中：ts为采样周期。

    为了减小时延的影响，可利用已知状态，预测下一个采样时刻达到电流isi＊所需的控制电压usi＊，因此，由式（2）可得

    式（3）的意义是，根据当前已知的状态变量usi(k)及isi(k)和参数值ts及l以及下一步指令电流值isi＊(k＋1)，预测使电流在第k＋1步达到isi＊(k＋1)所需的电压uci＊(k)。如果在此瞬间在图1的a、b、c三点处能分别得到式（3）所要求的电压，那么在第k＋1步即可得到所需要的电流isi(k＋1)。

    式（3）中预测电流值由式（4）得出

    式中：i＊为直流输出电流的指令值，在稳态时为一个恒定直流量。

    稳态时usa2＋usb2＋usc2及uo也为恒定直流量，因此，isi＊与usi成正比。由于usi为正弦，因此，预测电流值（即电流指令）isi＊与输入电压形状相同，都为正弦，相位也相同，实现了功率因数为1的控制。由式（4）得

    这说明式（4）式保证了输入输出功率的平衡，即按式（4）给出的电流预测值既可控制输入电流的波形，也可控制其大小（因而也控制了输出功率的大小）。

    2 控制环路的设计

    采用预测电流控制方法后，电流环的响应非常快，可用一个一阶惯性环节代替。虽然三相电流是各自正弦变化的，但从功率平衡角度来说，等效于直流电压、电流的变化。因此，整个系统的控制环路可等效为图2结构。

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