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[摘要] 本文通过分析三电平整流器在静止?琢?鄄?茁坐标系的数学模型，介绍了电流预测的SVPWM控制策略，该方法减小了数字控制系统中采样和控制延时的影响。直流电压反馈采用微分先行的PID控制，进一步改善了系统滞后特性和动态性能。
[关键词] 电流预测 PWM整流器 动态性能
引言
PWM整流器由于其輸入电流正弦，功率因数可控，能量双向流动，直流母线电压可控和抗负载扰动能力强等优点，越来越受到重视。三电平整流器每个功率管，所承受的电压仅为直流母线的一半，且交流侧电压、电流谐波大为减少，因此在高压大功率场合得到广泛应用。
目前广泛应用的是电压型PWM整流器，其主要控制策略为电压定向矢量控制方式[1]。在文献[2]中，作者分析了这种控制方法，系统保留了电流滞环控制，虽然响应速度较快，但必然使网侧电流脉动加大，谐波含量升高。本文直接由基本电压矢量合成电流预测算法求得的指令电压矢量，减小了电流脉动。电压闭环采用微分先行的PID控制，改善了系统的动态性能。
三电平整流电路的数学模型
图1三电平整流主电路
根据三电平PWM整流器的开关函数，可以将每相桥臂等效为一个单刀三掷开关，得出三电平PWM整流器的等效电路如图2所示[3]。其中Usa、Usb和Usc为三相电网输入电压，isa、isb和isc为三相电网输入电流，Ls和Rs分别代表输电线路上的交流电感和交流电抗等效电阻，直流侧串联了两个值为Cd的滤波电容，它们的电压分别为Udc1和Udc2，为整流器输出负载电流，电容中点O与电网中性点n之间的电压为Uno。
为了便于推导出系统数学模型，可将开关函数进一步分解：当Sa=1时，定义S1a=1， S2a=0，S3a=0；当Sa=0 时，定义S1a=0，S2a=0，S3a=1；当Sa=-1时，定义S1a=0，S2a=1，S3a=0。b相c相的开关函数也作如上分解。
省略繁琐的公式推导，三电平 PWM 整流器在ABC坐标系下得数学模型。
（1）
式中：
（2）
由于电容两端的电压udc1和udc2几乎一样，可以近似等效Udc1=Udc2，所以输入电流方程可以等效为
（3）
（4）
（5）
由式(4)，以状态反馈解耦电流环控制系统框图
（6）
经过计算，令K11=K22=0，K12=LW,K21=-LW，则电流环传递函数变为
（7）
电流预测控制策略
对于基于数字控制的三相VSR电流控制，由于电流采样和PWM控制延时的存在，使电流控制存在滞后。而这种滞后最小也要一个PWM开关周期，其电流预测控制就是使这种控制滞后缩减到一个PWM开关周期。
令i(tn),i*(tn)分别为tn时刻三相VSR实际电流矢量和指令电流矢量。根据电流预测控制的要求，任一个PWM开关周期(tn,tn+Ts)，其中：Ts为PWM开关周期。电流控制必须满足：
(8)
在一个开关周期内有下式成立：
(9)
对式（1）在一个PWM控制周期求平均值，上式变为：
(10)
上标av表示平均值，在开关频率很高的情况下，在整流器交流侧电压，每个开关周期的平均值可以看作指令电压值U*?琢,U*?茁，把（8）式代入（9）式并忽略电阻的影响得：
（11）
指令电流可以由直流电压反馈量与给定值比较后，以微分先行PID作为调节器，使动态性能得到改善。得到指令空间电压矢量后，由上文所述的27个基本空间矢量合成得到相应的各相开关状态。
结 论
从以上分析，三电平VSR的电流预测SVPWM控制，使控制滞后缩为最短为一个PWM控制周期。在采用微分先行PID的系统中，系统的动态性能得到了有效的改善。
参考文献：
[1]毛鸿，昊兆麟．基于三相PWM整流器的无死区空间矢量调制策略[J]．中国电机工程学报，2001，21(11):100-104.
[2]陶海军，郑征，高庆华.基于电流预测控制的 PWM整流装置研究[J]．河南理工大学学报（自然科学版），2008，27(6):619-622.
[3]张崇魏，张兴.PWM整流器及其控制[M].北京:机械工业出版社，2003.
作者单位： 西安职业技术学院 陕西西安
[关键词] 电流预测 PWM整流器 动态性能
引言
PWM整流器由于其輸入电流正弦，功率因数可控，能量双向流动，直流母线电压可控和抗负载扰动能力强等优点，越来越受到重视。三电平整流器每个功率管，所承受的电压仅为直流母线的一半，且交流侧电压、电流谐波大为减少，因此在高压大功率场合得到广泛应用。
目前广泛应用的是电压型PWM整流器，其主要控制策略为电压定向矢量控制方式[1]。在文献[2]中，作者分析了这种控制方法，系统保留了电流滞环控制，虽然响应速度较快，但必然使网侧电流脉动加大，谐波含量升高。本文直接由基本电压矢量合成电流预测算法求得的指令电压矢量，减小了电流脉动。电压闭环采用微分先行的PID控制，改善了系统的动态性能。
三电平整流电路的数学模型
图1三电平整流主电路
根据三电平PWM整流器的开关函数，可以将每相桥臂等效为一个单刀三掷开关，得出三电平PWM整流器的等效电路如图2所示[3]。其中Usa、Usb和Usc为三相电网输入电压，isa、isb和isc为三相电网输入电流，Ls和Rs分别代表输电线路上的交流电感和交流电抗等效电阻，直流侧串联了两个值为Cd的滤波电容，它们的电压分别为Udc1和Udc2，为整流器输出负载电流，电容中点O与电网中性点n之间的电压为Uno。
为了便于推导出系统数学模型，可将开关函数进一步分解：当Sa=1时，定义S1a=1， S2a=0，S3a=0；当Sa=0 时，定义S1a=0，S2a=0，S3a=1；当Sa=-1时，定义S1a=0，S2a=1，S3a=0。b相c相的开关函数也作如上分解。
省略繁琐的公式推导，三电平 PWM 整流器在ABC坐标系下得数学模型。
（1）
式中：
（2）
由于电容两端的电压udc1和udc2几乎一样，可以近似等效Udc1=Udc2，所以输入电流方程可以等效为
（3）
（4）
（5）
由式(4)，以状态反馈解耦电流环控制系统框图
（6）
经过计算，令K11=K22=0，K12=LW,K21=-LW，则电流环传递函数变为
（7）
电流预测控制策略
对于基于数字控制的三相VSR电流控制，由于电流采样和PWM控制延时的存在，使电流控制存在滞后。而这种滞后最小也要一个PWM开关周期，其电流预测控制就是使这种控制滞后缩减到一个PWM开关周期。
令i(tn),i*(tn)分别为tn时刻三相VSR实际电流矢量和指令电流矢量。根据电流预测控制的要求，任一个PWM开关周期(tn,tn+Ts)，其中：Ts为PWM开关周期。电流控制必须满足：
(8)
在一个开关周期内有下式成立：
(9)
对式（1）在一个PWM控制周期求平均值，上式变为：
(10)
上标av表示平均值，在开关频率很高的情况下，在整流器交流侧电压，每个开关周期的平均值可以看作指令电压值U*?琢,U*?茁，把（8）式代入（9）式并忽略电阻的影响得：
（11）
指令电流可以由直流电压反馈量与给定值比较后，以微分先行PID作为调节器，使动态性能得到改善。得到指令空间电压矢量后，由上文所述的27个基本空间矢量合成得到相应的各相开关状态。
结 论
从以上分析，三电平VSR的电流预测SVPWM控制，使控制滞后缩为最短为一个PWM控制周期。在采用微分先行PID的系统中，系统的动态性能得到了有效的改善。
参考文献：
[1]毛鸿，昊兆麟．基于三相PWM整流器的无死区空间矢量调制策略[J]．中国电机工程学报，2001，21(11):100-104.
[2]陶海军，郑征，高庆华.基于电流预测控制的 PWM整流装置研究[J]．河南理工大学学报（自然科学版），2008，27(6):619-622.
[3]张崇魏，张兴.PWM整流器及其控制[M].北京:机械工业出版社，2003.
作者单位： 西安职业技术学院 陕西西安