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摘要：传统交流电气中的传统系统主电路都是使用交-直-交变频装置，整流部分则是使用电压源型相控或者是不控整流电路体系，这类体系无法实现四象限运动和回馈制动，对电网注入大量的无功功率和谐波，使电网发生严重的污染现象。双PWM变频器是一种以脉冲宽度调制（PWM）技术为基础的新型系统，不仅可以改善交流侧电流波形，还可以实现能量的双向流动，使系统的动态性能得到改善，系统的功率因数得到提高。本文对双PWM变频器的原理和工作方式进行了研究，将其和传统的变频器进行相比，阐述双PWM变频器的优点。
关键词：双PWM变频器；协调控制技术；功率；虚拟磁链
一、双PWM变频器的发展现状
双PWM变频器由两部分组成，分别为PWM整流和PWM逆变。PWM整流的主要研究基础是谐波的抑制和功率因数的校正。目前的PWM整流器主电路已经发展为全控型器件桥路，拓扑结构已发展为多电平拓结构和多项组合结构，主电路不仅有电压型PWM整流器，还有电流型PWM整流器。单相PWM整流技术已经较为成熟，但是三相PWM整流技术仍处于初步的试用阶段，PWM整流器主要应用在太阳能、新型UPS、高压直流输电、电气传动、有源电力滤波等方面。
1. 双PWM变频器控制的策略
传统的交-直-交变频调速结构中，主要是通过集中调速进行的控制，使用不同的调制方法产生PWM波，对逆变桥进行控制，产生变频交流电，使电动机发生运行活动。双PWM变频器在传统的基础上使用了PWM整流，将电动机所产生的再生能源返回到交流电网中，使装置的功率因数得到提高，使谐波对电网的污染降低。为了让电压型PWM整流器网侧将受控电流源的特点表现出来，网侧电流的控制研究则十分的重要，网侧电流的控制策略分为两类：直接电流控制和间接电流控制。
直接电流控制是指通过整流器的输入端将电流反馈进行引入，对网侧电流幅值、相位进行直接的控制；间接电流控制是指通过对整流器交流侧电压的幅值、相位进行控制，间接的对整流器网侧电流幅值、相位进行控制。间接电流的控制策略网侧电流动态响应较慢，系统参数的变化较为灵活，在应用中多使用直接电流控制策略。
2. 双PWM变频器中存在的问题
2.1 变频器的控制系统一般都需要多种传感器对控制量进行检测和保护，由于传感器会使系统的成本上升，使系统的体积加大，也会因为噪声的干扰和信号的丢失降低系统的性能，所以需要对减少传感器控制策略进行研究。
2.2 当前的电压型PWM整流器使用电流控制策略，控制结构为交流电流内环、直流电压外环的级联体系，需要复杂的算法和PWM控制模块。
2.3 为了降低交-直-交变换器中直流母线的电压波动情况，传统的方法是将滤波的电容做大，只使用将电容容量提高对直流母线电压进行稳定的方法具有一定的不足。因为大容量储能滤波电容是电解电容，性能较为不可靠且笨重、体积较大，电解电容还会因为化学变化出现耗损性的故障现象，如不能很好的进行控制，会使电容的电流较大，造成温升的现象，使电解电容的性能发生恶化现象，使系统的可靠性降低。
二、交-直-交电压型双PWM变频器结构
1. PWM整流器的工作原理
从电力电子的技术发展方向出发，整流器是一种变化装置，经历的不控二极管整流、相控晶闸管整流、PWM整流器。和传统的整流器最大不同是PWM整流器使用的是全控型开关和PWM斩波整流，所以PWM整流器具有动态响应较快、网侧功率因数控制、网侧电流为正弦波等特点。PWM整流器的控制好坏取决于网侧电流，网侧电流的控制策略有两种：① 通过网侧电流闭环控制，对PWM整流器网侧电流进行直接控制；② 通过对PWM整流器交流侧电压控制，间接的对网侧电流进行控制。
2. 整流器控制策略
2.1 以PWM整流器的瞬时功率作为控制对象，使用功率内环对整流器的无功和有功的瞬时功率进行直接控制，称为直接功率控制，直接功率控制策略主要是由逆变器的直接转矩控制来决定。因为电网和整流器交换的是功率，直接功率控制可以功率作为控制的对象，因此直接功率控制可以获得更高的PHD值，能够减少失真，更好的抗干扰。
2.2 以网侧电流作为控制对象，控制策略可以分为两种：直接电流控制和间接电流控制。直接电流控制由于有电流反馈环，所以电流跟踪的相应较迅速，控制的结构较为简单，控制的性能较好，动态相应较快；间接电流控制的方法较为简单，不需要对输入端的电流进行检测，减少了电流传感器的装置，使成本得到了降低，但是间接电流控制的动态响应较慢，对系统参数的波动较灵活，无法得到很好的控制。
三、双PWM变频调速系统逆变侧
1. 异步电机调速控制方法
1.1 转差功率不变型。转速不论高低，转差的功率消耗不变，变频调速具有调速精度较高、调速范围较宽、机械特性较硬等特征，是当今工业中应用较为广泛的调速技术。
1.2 转差功率回馈型。转差功率大多数通过变流装置回馈到电网中或者是转化成机械能进行使用，一小部分被消耗，转速越低回收的功率则越多。
1.3 转差功率消耗型。将全部的转差功率装换为热量进行消耗，这种方法是使转差功率的消耗增加达到降低转速的目的，越下调电机的工作效率越低。
2. 变频调速方法
2.1 直接转矩控制
电子磁链定向影响着直接转矩控制，只需要电阻参数，較比矢量控制在一定的程度上减少了矢量控制的复杂计算过程，特性容易被电动机的参数变化所影响，容易进行测量，可以得到较高的准确度。
2.2 矢量控制
矢量控制又被称为磁场定向控制，矢量控制是通过变换坐标技术使电流转矩分量和励磁分量的解耦得到实现，使异步电动机变成直流电动机。调速性能较高，但是电机参数对矢量控制有较大的影响。
2.3 恒压频比控制
Es=4.44fsNsKsΦm其中Es为气隙磁通在定子每相绕组中的感应电动势有效值，Ns为定子每相绕组串联匝数，Ks为基波绕组系数，Φm为电机气隙中每极合成磁通。为确保Φm为恒定，fs下调时，Es则需要同时降低：Es/fs=4.44NsKsΦm。所以进行恒压频比控制时，Es和fs的比为常数，fs在变频的过程中实现了Φm和电机电磁转矩一致的控制效果，是较为理想的一种控制方法。
四、讨论
传统的交-直-交系统变频器中存在着无法将能量反馈、动态响应较慢、电流谐波成分较大等不足之处，PWM变频调速系统中的电网侧拥有PWM整流器的特点，不仅不会产生谐波，而且动态反应较快，可以使电力系统的供电质量得到提高，实现了“绿色电能转化”的目的。还可以实现能量的双向流动，达到四象限运行状态，使能量可以直接的回馈电网中，提高了能源的利用水平，节约了能量。使再生和牵引制动工况间的转换更为平滑、快速，使机电设备的生产效率和安全性得到提高，获得更好的经济效益发展。
参考文献
[1]郑爽，赵焕.双PWM变频器空率反馈一体化控制策略研究.第五届全国信息获取与处理学术会议论文，2007，12（8）：12-16.
[2]Gu，Bon-Gwam，Nam.A DC-link capacitor minimization method through direct capacitior current control.IEEE Transaction on Industry Applicatuons，2006，42（2）：573-581.
[3]龚中华.当代变频器的技术特点与发展方向——变频器的而发展与展望系列之一.机床电器，2009，4：4-7.
[4]郑征，张东霞.电力电子装置谐波污染及其抑制对策的研究.工矿自动化，2009，1：36-39.
关键词：双PWM变频器；协调控制技术；功率；虚拟磁链
一、双PWM变频器的发展现状
双PWM变频器由两部分组成，分别为PWM整流和PWM逆变。PWM整流的主要研究基础是谐波的抑制和功率因数的校正。目前的PWM整流器主电路已经发展为全控型器件桥路，拓扑结构已发展为多电平拓结构和多项组合结构，主电路不仅有电压型PWM整流器，还有电流型PWM整流器。单相PWM整流技术已经较为成熟，但是三相PWM整流技术仍处于初步的试用阶段，PWM整流器主要应用在太阳能、新型UPS、高压直流输电、电气传动、有源电力滤波等方面。
1. 双PWM变频器控制的策略
传统的交-直-交变频调速结构中，主要是通过集中调速进行的控制，使用不同的调制方法产生PWM波，对逆变桥进行控制，产生变频交流电，使电动机发生运行活动。双PWM变频器在传统的基础上使用了PWM整流，将电动机所产生的再生能源返回到交流电网中，使装置的功率因数得到提高，使谐波对电网的污染降低。为了让电压型PWM整流器网侧将受控电流源的特点表现出来，网侧电流的控制研究则十分的重要，网侧电流的控制策略分为两类：直接电流控制和间接电流控制。
直接电流控制是指通过整流器的输入端将电流反馈进行引入，对网侧电流幅值、相位进行直接的控制；间接电流控制是指通过对整流器交流侧电压的幅值、相位进行控制，间接的对整流器网侧电流幅值、相位进行控制。间接电流的控制策略网侧电流动态响应较慢，系统参数的变化较为灵活，在应用中多使用直接电流控制策略。
2. 双PWM变频器中存在的问题
2.1 变频器的控制系统一般都需要多种传感器对控制量进行检测和保护，由于传感器会使系统的成本上升，使系统的体积加大，也会因为噪声的干扰和信号的丢失降低系统的性能，所以需要对减少传感器控制策略进行研究。
2.2 当前的电压型PWM整流器使用电流控制策略，控制结构为交流电流内环、直流电压外环的级联体系，需要复杂的算法和PWM控制模块。
2.3 为了降低交-直-交变换器中直流母线的电压波动情况，传统的方法是将滤波的电容做大，只使用将电容容量提高对直流母线电压进行稳定的方法具有一定的不足。因为大容量储能滤波电容是电解电容，性能较为不可靠且笨重、体积较大，电解电容还会因为化学变化出现耗损性的故障现象，如不能很好的进行控制，会使电容的电流较大，造成温升的现象，使电解电容的性能发生恶化现象，使系统的可靠性降低。
二、交-直-交电压型双PWM变频器结构
1. PWM整流器的工作原理
从电力电子的技术发展方向出发，整流器是一种变化装置，经历的不控二极管整流、相控晶闸管整流、PWM整流器。和传统的整流器最大不同是PWM整流器使用的是全控型开关和PWM斩波整流，所以PWM整流器具有动态响应较快、网侧功率因数控制、网侧电流为正弦波等特点。PWM整流器的控制好坏取决于网侧电流，网侧电流的控制策略有两种：① 通过网侧电流闭环控制，对PWM整流器网侧电流进行直接控制；② 通过对PWM整流器交流侧电压控制，间接的对网侧电流进行控制。
2. 整流器控制策略
2.1 以PWM整流器的瞬时功率作为控制对象，使用功率内环对整流器的无功和有功的瞬时功率进行直接控制，称为直接功率控制，直接功率控制策略主要是由逆变器的直接转矩控制来决定。因为电网和整流器交换的是功率，直接功率控制可以功率作为控制的对象，因此直接功率控制可以获得更高的PHD值，能够减少失真，更好的抗干扰。
2.2 以网侧电流作为控制对象，控制策略可以分为两种：直接电流控制和间接电流控制。直接电流控制由于有电流反馈环，所以电流跟踪的相应较迅速，控制的结构较为简单，控制的性能较好，动态相应较快；间接电流控制的方法较为简单，不需要对输入端的电流进行检测，减少了电流传感器的装置，使成本得到了降低，但是间接电流控制的动态响应较慢，对系统参数的波动较灵活，无法得到很好的控制。
三、双PWM变频调速系统逆变侧
1. 异步电机调速控制方法
1.1 转差功率不变型。转速不论高低，转差的功率消耗不变，变频调速具有调速精度较高、调速范围较宽、机械特性较硬等特征，是当今工业中应用较为广泛的调速技术。
1.2 转差功率回馈型。转差功率大多数通过变流装置回馈到电网中或者是转化成机械能进行使用，一小部分被消耗，转速越低回收的功率则越多。
1.3 转差功率消耗型。将全部的转差功率装换为热量进行消耗，这种方法是使转差功率的消耗增加达到降低转速的目的，越下调电机的工作效率越低。
2. 变频调速方法
2.1 直接转矩控制
电子磁链定向影响着直接转矩控制，只需要电阻参数，較比矢量控制在一定的程度上减少了矢量控制的复杂计算过程，特性容易被电动机的参数变化所影响，容易进行测量，可以得到较高的准确度。
2.2 矢量控制
矢量控制又被称为磁场定向控制，矢量控制是通过变换坐标技术使电流转矩分量和励磁分量的解耦得到实现，使异步电动机变成直流电动机。调速性能较高，但是电机参数对矢量控制有较大的影响。
2.3 恒压频比控制
Es=4.44fsNsKsΦm其中Es为气隙磁通在定子每相绕组中的感应电动势有效值，Ns为定子每相绕组串联匝数，Ks为基波绕组系数，Φm为电机气隙中每极合成磁通。为确保Φm为恒定，fs下调时，Es则需要同时降低：Es/fs=4.44NsKsΦm。所以进行恒压频比控制时，Es和fs的比为常数，fs在变频的过程中实现了Φm和电机电磁转矩一致的控制效果，是较为理想的一种控制方法。
四、讨论
传统的交-直-交系统变频器中存在着无法将能量反馈、动态响应较慢、电流谐波成分较大等不足之处，PWM变频调速系统中的电网侧拥有PWM整流器的特点，不仅不会产生谐波，而且动态反应较快，可以使电力系统的供电质量得到提高，实现了“绿色电能转化”的目的。还可以实现能量的双向流动，达到四象限运行状态，使能量可以直接的回馈电网中，提高了能源的利用水平，节约了能量。使再生和牵引制动工况间的转换更为平滑、快速，使机电设备的生产效率和安全性得到提高，获得更好的经济效益发展。
参考文献
[1]郑爽，赵焕.双PWM变频器空率反馈一体化控制策略研究.第五届全国信息获取与处理学术会议论文，2007，12（8）：12-16.
[2]Gu，Bon-Gwam，Nam.A DC-link capacitor minimization method through direct capacitior current control.IEEE Transaction on Industry Applicatuons，2006，42（2）：573-581.
[3]龚中华.当代变频器的技术特点与发展方向——变频器的而发展与展望系列之一.机床电器，2009，4：4-7.
[4]郑征，张东霞.电力电子装置谐波污染及其抑制对策的研究.工矿自动化，2009，1：36-39.