基于双单输入单输出模型的三相整流器的研究与控制.

### 基于双单输入单输出模型的三相整流器的研究与控制 #### 摘要 本文探讨了一种新型的双单输入单输出（Dual Single Input Single Output, DSISO）模型在三相两电平PWM整流器中的应用。通过将三相PWM整流器等效为静止参考轴上的两个单相PWM整流器，DSISO模型能够简化多输入变量和多控制目标的复杂结构，使得模型分析更加容易。基于此模型，可以推导出小信号模型、控制到输出的传递函数以及电压控制器的设计原理。此外，还分析了用于确定开关周期内控制信号的控制策略。实验结果证明了DSISO模型的有效性及其控制策略的可行性。 #### 关键技术点解析 **1. 双单输入单输出（DSISO）模型** - **概念**: DSISO模型是一种创新的建模方法，旨在简化三相PWM整流器的分析与控制。该模型通过将复杂的三相系统分解为两个独立的单相系统来进行分析，从而降低了系统的复杂度。 - **优势**: 相比传统的三相PWM整流器模型，DSISO模型更加简单直观，便于进行数学分析和控制策略的设计。 - **应用**: 在DSISO模型中，每个单相PWM整流器都有自己的输入和输出，可以单独进行控制，这有助于实现更精确的功率因数校正和降低谐波电流。 **2. 控制策略分析** - **控制目标**: 包括快速的动态响应速度、在单位功率因数下的正弦线电流以及低的总谐波失真（THD）。 - **控制策略**: 基于DSISO模型，可以通过分析来确定开关周期内的控制信号，无需复杂的坐标变换，仅需一个比例积分（PI）控制器即可实现有效的控制。 - **实验验证**: 实验结果显示，基于DSISO模型的控制策略能够有效提高系统的性能指标，验证了该模型的实际应用价值。 **3. 小信号模型与传递函数** - **小信号模型**: 通过对DSISO模型进行小信号分析，可以建立系统的线性化模型，进而推导出控制到输出的传递函数。 - **传递函数**: 传递函数描述了控制信号与系统输出之间的关系，是设计电压控制器的基础。基于DSISO模型的小信号传递函数能够提供关于系统动态特性的深入理解。 **4. 电压控制器设计** - **设计原理**: 电压控制器的设计基于DSISO模型的传递函数，旨在实现稳定的直流电压输出和良好的动态性能。 - **实现**: 通过调整PI控制器的参数，可以在保证稳定性的前提下优化系统的响应时间和稳定性。 **5. 直接功率控制（DPC）** - **原理**: DPC基于瞬时有功和无功功率的控制，不包含内部电流回路或调制器块。 - **特点**: DPC不需要复杂的锁相环来生成基准电流，适合于需要快速响应的应用场景。 **6. 电压定向控制（VOC）** - **原理**: VOC通过内部电流控制回路间接控制有功和无功功率，保证了高动态和静态性能。 - **应用场景**: 当线电流矢量与电源线提供的相电压矢量对准时，可实现单位功率因数的运行。 **7. 单周期控制（OCC）** - **原理**: OCC不需要锁相环来生成基准电流，其非线性载波特性允许快速跟踪负载瞬态和外部干扰。 - **优点**: OCC稳定状态的能力强，简化了功率反馈电路。 **8. 模型预测控制（MPC）** - **原理**: MPC利用明确的过程模型预测未来的系统响应，并通过最小化成本函数来选择最优的电压矢量。 - **发展趋势**: 随着计算能力的提升，MPC在电力电子应用中的潜力逐渐显现。 #### 结论 通过引入DSISO模型，三相PWM整流器的分析与控制得到了显著简化。这种模型不仅提供了更简洁的数学表达式，还为设计高效的控制策略奠定了基础。实验结果证实了DSISO模型的有效性及其在实际应用中的可行性，为三相PWM整流器的设计与控制开辟了新的路径。