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1、PWM 整流技术综述摘要：随着电力电子技术的发展，电力半导体开关器件性能不断提高，出现了以脉宽调制(PWM)控制为基础的各类变流器，这些变流器在各个领域取得的广泛的应用。尤其是使变 流器实现网侧电流正弦化、运行于单位功率因数，这种可逆双向PWM整理器成为业界的研究 重点。本文总结了 PWM整流器基本原理及分类，对不同的PWM整流器控制策略进行了分析， 为PWM整流器的应用和研究提供了参考。关键词：PWM整理器；电压型；电流型；空间矢量一、引言PWM 整流器以其优越的性能和潜在的优势在电力行业取得广泛的应用，经过几十年的研 究和发展， PWM 整流技术已由最初的半控型发展到如今的全控型，其拓扑由
2、早期的单相、三 相结构发展到多相组合及多电平拓扑电路； PWM 开关控制由单纯的硬开关调制发展到软开关 调制；功率等级也从千万级发展到如今常见的兆瓦级。 PWM 整流技术随着电力电子技术的发 展而取得突飞猛进的发展。PWM整流器具有输入电流正弦，谐波含量低，功率因数高及双向能量流动等特点，在功 率因数补偿，电能回馈，有源滤波等领域得到越来越广泛的应用。其中，按照主电路拓扑及 外特性， PWM 整流器可以分为电压型和电流型；按照是否具有能量回馈功能， PWM 整流器分 为无能量回馈和有能量回馈整流器。控制技术是 PWM 整流器发展的关键。目前常见的控制方 法有滞环 PWM 电流控制、矢量控制、直
3、接功率控制等。本文就三相电压型PWM整流器拓扑结构以及控制技术进行了分析和综述，并对整流器未 来的发展和应用进行分析。二、电压型PWM整流器的拓扑结构及原理如图1所示是三相电压型PWM整流器主电路，它具有很快的响应和更好的输入电流波形, 稳态工作时, 输出直流电压不变, 开关管按正弦规律脉宽调制, 整流器交流侧的输出电压 和逆变器相同, 忽略整流器输出交流电压的谐波, 变换器可以看作是可控正弦三相电压源, 它和正弦的电网电压共同作用于输入电感, 产生正弦电流波形, 适当控制整流器输出电压 的幅值和相位, 就可以获得所需大小和相位的输入电流。如图2所示的三电平PWM整流器是目前具有应用前景的整流
4、器，当应用开关频率较低的GTO时，这种电路较合适，开关频率在300- 600Hz时就能满足对输入电流谐波的要求，这 种电路的另一优点是每个主开关器件关断时, 所承受的电压仅为直流侧电压的一半, 因此, 该电路特别适合于高电压大容量的应用场合。图 1.电压型三相 PWM 整流器主电路A S25兀花fn!图 2.三电平 PWM 整流器电路三、电压型PWM整流器控制技术电压型整流器VSR工作时，能够在稳定直流侧电压的同时，实现交流侧在受控功率因素（单位功率因数）条件下的正弦波电流控制。另一方面，常规的VSR控制系统一般采用双闭 环控制，即电压外环和电流内环控制。在 VSR 双闭环控制设计中，电流控制
5、动态性能直接影 响VSR电压外环控制性能。目前，VSR电流控制技术主要分为两大类，即间接电流控制和直 接电流控制。间接电流控制主要以相幅控制PAC为代表，直接电流控制则以快速电流反馈控 制为特征，如滞环电流控制、固定开关频率电流控制、空间矢量电流控制等。这类直接电流 控制可以获得较高的品质的电流响应，但是控制结构与算法较间接电流控制复杂。3.1 VSR 间接电流控制间接电流控制技术的实质上是，通过PWM控制，在VSR桥路交流侧生成幅值、相位受控 的正弦波PWM电压。3.2 VSR 直接电流控制 直接电流控制与间接电流控制在结构上的主要差别在于，前者具有网侧电流闭环控制，而后者则无网侧电流闭环控
6、制。由于采用网侧电流闭环控制，使VSR网侧电流动静态性能得 到了提高，同时也使网侧电流控制对系统参数不敏感，从而增强了电流控制系统的鲁棒性。 滞环PWM电流控制技术则具有较高的电流响应，且电流跟踪动态偏差由滞环宽度确定，而 不随电流变化率变化而变动。这种控制方法将实际输入电流与指令电流的上、下限相比较， 其交点作为开关点。指令电流的上、下限形成一个滞环，从而控制输入电流的变化。控制原 理如图3所示。图.3.三相PWM整流器滞环电流控制固定开关频率PWM电流控制，一般是指PWM载波（如三角波）频率固定不变，而以电流偏 差调节信号作为调制波的PWM控制方法，其电流环控制结构如图4所示。可以看出固定
7、开关频 率就是将电流误差信号方法后作为调制波，然后与载波比较，从而输出开关控制PWM信号。图4.固定开关频率电流控制结构矢量控制则在dq坐标变换的基础上，通过对PWM整流器有功和无功电流的控制，达到控制 输入电流的结果。图5给出了基于dq坐标变换控制的系统框图。这种控制方法具有直接电流 控制的动态响应快、稳态性能好、自身有限流保护的优点，还可以消除电流稳态误差。_Lj图5.三相PWM整流器基于dq坐标变换矢量控制四、PWM整流器的应用PWM整流器由于其可以实现单位功率因数，甚至可以实现能量的双向流动，因此可以实 现“绿色电能变换”。由于PWM整流器网侧呈现出受控电源特性，因而这一特性使PWM整
8、流器 及其控制技术获得进一步的发展和拓展，并取得更为广泛的应用，如静止无功补偿器（SVG）、 高功率因数整流器（HPFR）、有源电力滤波器（APF）、可再生能源并网发电。图6. 单级式光伏并网结构的拓扑结构图7. 双馈型风力发电拓扑结构参考文献1 张兴，张崇巍.PWM整流器M.机械工业出版社，2012.2 胡学芝.PWM整流技术综述J.电气传动自动化，2008 (01)3 屈莉莉，张波.PWM整流技术控制技术的发展J.电气应用，2007 (02)4 程启明，程尹曼，薛阳三相电压源型PWM整流器控制方法的发展J.电力系统保护 与控制， 2012(3)5 伍小杰，罗锐华，乔树通.三相电压型PWM整流器控制技术综述J.电工技术学报,2005(12) .
