利用空間矢量提升航空高功率因數(shù)整流的研究

　　現(xiàn)代飛機(jī)越來越多地采用電力作動技術(shù)，大量先進(jìn)機(jī)載用電設(shè)備的應(yīng)用使得飛機(jī)供電系統(tǒng)容量迅速增加。傳統(tǒng)的變壓整流器和非線性負(fù)載的大量使用使電網(wǎng)中電流諧波含量較高，對飛機(jī)供電系統(tǒng)和供電質(zhì)量造成很大影響。消除電網(wǎng)諧波污染、提高整流器的功率因數(shù)是電力電子領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)?？臻g矢量PWM（SVPWM）控制具有直流側(cè)電壓利用率高、動態(tài)響應(yīng)快和易于數(shù)字化實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)。本文采用空間矢量技術(shù)對三相電壓型整流器進(jìn)行研究，使其網(wǎng)側(cè)電壓與電流同相位，從而實(shí)現(xiàn)高功率因數(shù)整流。

　　1 空間矢量控制技術(shù)

　　SVPWM控制技術(shù)通過控制不同開關(guān)狀態(tài)的組合，將空間電壓矢量V控制為按設(shè)定的參數(shù)做圓形旋轉(zhuǎn)。對任意給定的空間電壓矢量V均可由這8條空間矢量來合成，如圖1所示。任意扇形區(qū)域的電壓矢量V均可由組成這個區(qū)域的2個相鄰的非零矢量和零矢量在時間上的不同組合來得到。這幾個矢量的作用時間可以一次施加，也可以在一個采樣周期內(nèi)分多次施加。也就是說，SVPWM通過控制各個基本空間電壓矢量的作用時間，最終形成等幅不等寬的PWM脈沖波，使電壓空間矢量接近按圓軌跡旋轉(zhuǎn)。主電路功率開關(guān)管的開關(guān)頻率越高，就越逼近圓形旋轉(zhuǎn)磁場。

　　為了減少開關(guān)次數(shù)，降低開關(guān)損耗，對于三相VSR某一給定的空間電壓矢量，采用圖2所示的合成方法。在扇區(qū)I中相應(yīng)開關(guān)函數(shù)如圖3所示。零矢量均勻地分布在矢量的起、終點(diǎn)上，除零矢量外，由V1、V2、V4合成，且中點(diǎn)截出2個三角形。一個開關(guān)周期中，VSR上橋臂功率開關(guān)管共開關(guān)4次，由于開關(guān)函數(shù)波形對稱，諧波主要集中在整數(shù)倍的開關(guān)頻率上。

　　2 直接電流控制策略

　　三相VSR的電流控制策略主要分為直接電流控制和間接電流控制。直接電流控制采用網(wǎng)側(cè)電流閉環(huán)控制，提高了網(wǎng)側(cè)電流的動、靜態(tài)性能，并增強(qiáng)電流控制系統(tǒng)的魯棒性。而在直接控制策略中固定開關(guān)頻率的PWM電流控制因其算法簡單、實(shí)現(xiàn)較為方便，得到了較好應(yīng)用，在三相靜止坐標(biāo)系中，固定開關(guān)頻率的PWM電流控制電流內(nèi)環(huán)的穩(wěn)態(tài)電流指令是一個正弦波信號，其電流指令的幅值信號來源于直流電壓調(diào)節(jié)器的輸出，頻率和相位信號來源于電網(wǎng)；PI電流調(diào)節(jié)器不能實(shí)現(xiàn)電流無靜差控制，且對有功電流和無功電流的獨(dú)立控制很難實(shí)現(xiàn)。在兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系（d，q）中的電流指令為直流時不變信號，且其PI電流調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)電流無靜差控制，也有利于分別對有功電流和無功電流獨(dú)立進(jìn)行控制。

　　3 三相VSR數(shù)字控制系統(tǒng)

　　三相VSR數(shù)字控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示，控制系統(tǒng)采用電壓外環(huán)和兩個電流內(nèi)環(huán)組成雙環(huán)控制結(jié)構(gòu)，電壓環(huán)控制三相VSR直流側(cè)電壓，通過輸出直流側(cè)電壓 Vdc與給定參考電壓差值經(jīng)過PI調(diào)節(jié)產(chǎn)生電流參考信號，起到跟蹤控制輸出直流電壓的目的；電流環(huán)用來按照電壓環(huán)調(diào)節(jié)器輸出的電流指令進(jìn)行電流控制，按照電壓外環(huán)輸出的電流信號對輸入電流進(jìn)行控制，利用SVPWM算法產(chǎn)生開關(guān)信號控制整流器來實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)。

　　三相PWM整流器是采用電機(jī)矢量控制的思想通過控制電流來調(diào)節(jié)電壓。采樣后的三相電流通過CLARK和PARK坐標(biāo)變換獲得兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的id、 iq分量，將電壓誤差信號經(jīng)PI調(diào)節(jié)作為有功電流指令值，而無功電流的指令值可以直接設(shè)為零，通過解耦得到三相VSR的指令電壓，并通過SVPWM算法得到三相整流器的控制信號。