單相PWM整流器的直接電流主要控制策略分析

摘 要：伴隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)以及相關(guān)電力技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)階段我國(guó)的電力系統(tǒng)非常發(fā)達(dá)，同時(shí)電力系統(tǒng)中使用的設(shè)備也變得種類繁多，功能齊全。在這種狀態(tài)下，一旦使用大量的電力設(shè)備就會(huì)導(dǎo)致我國(guó)的電力系統(tǒng)中出現(xiàn)電流超負(fù)荷以及電壓超負(fù)荷。我國(guó)現(xiàn)階段解決這種問題的辦法之一就是使用單相PWM整流器來進(jìn)行電流控制。文章主要針對(duì)單相PWM整流器的直接電流控制策略進(jìn)行詳細(xì)的闡述以及分析，希望通過文章的分析以及闡述能夠有效地提升我國(guó)電流控制的效果，同時(shí)也為我國(guó)電力系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展以及創(chuàng)新貢獻(xiàn)力量。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)蜗郟WM整流器；直接電流的控制；分析；控制策略

我國(guó)近些年的電子設(shè)備尤其是帶有一定功率的電子設(shè)備正在越來越多的被應(yīng)用，這樣的狀況就直接導(dǎo)致了我國(guó)的國(guó)家電網(wǎng)系統(tǒng)承載了越來越多的非線性電力負(fù)載，給我國(guó)國(guó)家電網(wǎng)中的電流以及電壓帶來了很多問題，其中諧波污染是一個(gè)較為突出的問題。為了解決這一問題，我國(guó)的電力系統(tǒng)引進(jìn)了PWM整流器，通過整流器的有效處理，大大地提升了電力系統(tǒng)中的系統(tǒng)功率因數(shù)，這樣就會(huì)在很大程度上減少電網(wǎng)系統(tǒng)中的諧波污染。通過一段時(shí)間的應(yīng)用，整流器的功能和使用效果逐漸被人們認(rèn)可以及關(guān)注。在整流器工作過程中根據(jù)系統(tǒng)中的電感電流的運(yùn)行狀態(tài)可以分析兩種工作模式。第一種是電流斷續(xù)的整流器工作模式；第二種是電流連續(xù)的整流器工作模式。上述兩種整流器工作模式中，電流連續(xù)的工作模式受到了更多的應(yīng)用和重視，主要的原因是電流連續(xù)整流器的工作模式具有四個(gè)優(yōu)點(diǎn)，第一個(gè)是連續(xù)電流的整流器能夠有效地進(jìn)行小波紋的電流輸出；第二個(gè)是連續(xù)電流的整流器更加容易進(jìn)行濾波操作；第三個(gè)是連續(xù)電流模式的整流器元器件的工作損耗小；第四個(gè)是連續(xù)電流模式的整流器能夠進(jìn)行大功率的電流控制。在連續(xù)電流模式的整流器工作過程中，工作電流反饋量主要是有瞬間電流感應(yīng)數(shù)值作為參考，這樣就能夠保障整流器在工作過程中進(jìn)行直接電流的有效控制以及間接電流的有效控制。整流器對(duì)于間接電流的控制結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，同時(shí)在控制過程中不需要電流傳感器的輔助，但是其最大的缺點(diǎn)是電流的控制反應(yīng)較慢，有時(shí)候在間接控制的過程中會(huì)出現(xiàn)直接電流。同時(shí)間接電流控制對(duì)于電力系統(tǒng)中的各項(xiàng)參數(shù)的變動(dòng)敏感度較低。相較于間接控制電流，直接控制電流能夠?qū)⒄髌髦械妮斎脒\(yùn)行電流作為系統(tǒng)反饋進(jìn)行有效控制，在控制過程中形成一種閉環(huán)的電路，這樣就能夠有效地進(jìn)行電流控制，能夠增強(qiáng)電流的系統(tǒng)流動(dòng)以及電流的靜態(tài)性也會(huì)有一定程度的提升，最主要的是直接控制電流對(duì)于電力系統(tǒng)中的參數(shù)變化沒有敏感度，這樣就強(qiáng)化了電力控制系統(tǒng)中的魯棒性。因此在我國(guó)的電力系統(tǒng)中，直接電流控制有著非常廣闊的應(yīng)用前景，并且現(xiàn)階段已經(jīng)取得了較為顯著的成效，實(shí)現(xiàn)了電流控制的作用以及價(jià)值。

1 單相電壓整流器的工作原理

單相電壓整流器主要有三個(gè)部分組成。第一部分是交流回路；第二部分是功率開關(guān)橋路；第三部分是直流回路。單相電壓整流器的主要電流控制原理是在有效保障直流側(cè)電壓平穩(wěn)運(yùn)行的前提下，將交流側(cè)中的電流相位以及電壓相位盡量的保持一致，這樣就能夠?qū)⒔涣鱾?cè)的有效功率因數(shù)控制為一。

2 單相電壓整流器的直接電流控制技術(shù)

2.1 單相電壓整流器對(duì)于峰值電流的直接控制技術(shù)

單相電壓整流器的峰值電流控制主要是比較實(shí)時(shí)電流以及指令電流在瞬間的電流大小。在控制過程中，我們將指令電流作為實(shí)際電流的數(shù)值上限，在運(yùn)行過程中實(shí)際電流的數(shù)值一旦達(dá)到了指令電流的極限，就要通過措施來衰減實(shí)際電流的電感值。在控制過程中電流感應(yīng)的數(shù)值，電流傳輸線路的阻抗大小以及脈寬調(diào)制開關(guān)的實(shí)際頻率都會(huì)在很大程度上影響單相電壓整流器對(duì)于峰值電流的直接有效控制。峰值電流在實(shí)際的傳輸過程中主要有四個(gè)優(yōu)點(diǎn)。第一個(gè)是峰值電流的電壓對(duì)于電壓輸入的變化反應(yīng)較快；第二個(gè)是峰值電流對(duì)于控制環(huán)的設(shè)計(jì)較為容易；第三個(gè)是峰值電流能夠較為簡(jiǎn)易的實(shí)現(xiàn)磁通平衡；第四個(gè)是峰值電流中的電路拓?fù)淠軌蚴艿接行У南拗?，阻止其?duì)整個(gè)電流傳輸電路產(chǎn)生影響。

2.2 單相電壓整流器對(duì)于滯環(huán)電流的直接控制技術(shù)

在電力系統(tǒng)中的單相電壓整流器對(duì)于滯環(huán)電流的直接控制實(shí)際上是對(duì)于峰值電流直接控制的一種優(yōu)化或者改進(jìn)，是在峰值電流直接控制原理中增加了一項(xiàng)限制電流出現(xiàn)衰減下限。滯環(huán)電流的直接控制主要的原理就是將實(shí)際傳輸電流同指令電流進(jìn)行瞬間數(shù)值比較，一旦實(shí)際電流的數(shù)值達(dá)到了指令電流的上限，就會(huì)才執(zhí)行電流衰減動(dòng)作，當(dāng)電流衰減到一定的數(shù)值時(shí)，就會(huì)是實(shí)際電流數(shù)值重新上升，這兩個(gè)控制動(dòng)作會(huì)循環(huán)往復(fù)的連續(xù)進(jìn)行。這樣的控制實(shí)際上把電流的傳輸曲線控制成為了一條跳動(dòng)鋸齒曲線。

2.3 單相電壓整流器對(duì)于平均電流的直接控制技術(shù)

單相電壓整流器對(duì)于平均電流的直接有效控制原理是在控制過程中把電感電流中的信號(hào)同鋸齒波產(chǎn)生的信號(hào)相加，一旦兩種信號(hào)相加的數(shù)值達(dá)到一定的基準(zhǔn)上限時(shí)就會(huì)出現(xiàn)開關(guān)管斷開的動(dòng)作；直到兩者相加之和在基準(zhǔn)電流數(shù)值規(guī)定以下時(shí)，才能夠?qū)㈤_關(guān)管進(jìn)行開通操作。需要注意的是，整個(gè)控制過程中取樣電流并不是開關(guān)電流而是實(shí)際傳輸電流。對(duì)于平均電流的控制主要的優(yōu)點(diǎn)在于能夠精確的對(duì)跟蹤電流進(jìn)行編程；能夠體現(xiàn)控制調(diào)試過程中的抗噪聲能力；能夠?qū)Ω鞣N拓?fù)潆娐愤M(jìn)行電流輸入以及電流輸出的控制。

2.4 單相電壓整流器對(duì)于預(yù)測(cè)電流的直接控制技術(shù)

單相電壓整流器對(duì)于預(yù)測(cè)電流的直接控制主要的原理是在電流傳輸周期開始前，將輸入電壓，輸出電壓以及輸入電流進(jìn)行分別采樣。我們?cè)诳刂七^程中將實(shí)際傳輸電流同參考電流之間的誤差作為下一個(gè)控制周期的優(yōu)化參考。通過上一個(gè)控制周期的電流數(shù)值來有效的跟蹤下一個(gè)電流控制周期的電流數(shù)值。這樣能夠有效地實(shí)現(xiàn)電流穩(wěn)態(tài)運(yùn)行以及運(yùn)行數(shù)值無誤差。這種控制的優(yōu)點(diǎn)：開關(guān)頻率固定，動(dòng)態(tài)性能良好，電流諧波小，器件開關(guān)應(yīng)力小，數(shù)字實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。

2.5 單相電壓整流器對(duì)于誤差拍的直接控制技術(shù)

無差拍控制是一種在電流滯環(huán)比較控制技術(shù)基礎(chǔ)之上發(fā)展起來的全數(shù)字化控制技術(shù)，利用前一時(shí)刻的電流參考值和各種開關(guān)狀態(tài)下變流器的電流輸出值，根據(jù)空間矢量理論計(jì)算出整流器下一時(shí)刻應(yīng)滿足的開關(guān)模式，選擇這種開關(guān)模式作為下一時(shí)刻的開關(guān)狀態(tài)，從而達(dá)到電流誤差等于零的目標(biāo)。采用無差拍控制的優(yōu)點(diǎn)數(shù)學(xué)推導(dǎo)嚴(yán)密、跟蹤無過沖、動(dòng)態(tài)性能好，易于計(jì)算機(jī)執(zhí)行，可以消除穩(wěn)態(tài)誤差，并在最短的時(shí)間內(nèi)結(jié)束過渡過程，但它也存在魯棒性較差、瞬態(tài)響應(yīng)超調(diào)量大、計(jì)算實(shí)時(shí)性強(qiáng)、對(duì)硬件要求很高等缺點(diǎn)。隨著數(shù)字信號(hào)處理器應(yīng)用的不斷普及，這是一種很有前途的控制方法。

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