摘要：本文研究了三相PWM整流器的直接功率控制（DPC）原理，結合一種專門設計的開關表對有功和無功功率進行Bang-Bang控制。通過樣機的實驗表明，直接功率控制具有結構簡單，高功率因數，穩定的直流輸出電壓和快速的動態響應等優點。 關鍵詞：PWM整流器；直接功率控制；DSP 1 引言 隨著電力電子裝置不斷用于各個領域，其中大量使用的不控整流設備只能實現能量的單向傳輸，并且功率因數低，對電網的諧波污染十分嚴重。應用直接功率控制（DPC）的三相PWM整流能有效改善電流波形的畸變，獲得高功率因數；而且相對于電流控制的PWM整流器，它省去了內部的電流環，減少了參數調試，在數字實現中無需旋轉坐標變換，直接對有功和無功功率運用Bang-Bang控制，具有結構簡單，輸出穩定，動態響應速度快等優點。 2 系統構成和控制策略 2.1 三相PWM整流器的數學模型 圖1為三相PWM整流器主電路圖，定義A相的開關信號為Sa，則Sa=1時，VT1開通，VT2關斷； Sa=0時，VT1關斷，VT2導通。同樣的定義B相和C相開關信號為Sb和Sc。Ud為直流電壓，L為濾波電抗器的電感（此處忽略電阻），C為直流側的電容，RL為負載，iL為負載電流。則得到三相PWM整流器開關數學模型如式（1） 從上式可以看出，三相PWM整流器系統工作原理主要是通過對開關器件有效的控制，使得橋臂終端a，b，c電壓為一雙極性SPWM調制脈沖序列。當開關頻率足夠高時，根據傅立葉分析，橋臂端電壓為基波交流電壓和高次諧波電壓疊加而成，電感 平衡和抑制高次諧波電流，緩沖橋臂脈沖序列中的無功功率，從而獲得與網側電壓同相位的電流。 2.2 DPC系統結構和控制策略 由式（2）得出：在一定的電網電壓下，通過設定有功功率和無功功率，就有確定的三相電流狀態。即控制有功功率和無功功率兩個量可以實現上文所述的對電流的控制。 本文研究的三相PWM整流器的DPC主要是基于瞬時功率的概念。傳統的有功功率、無功功率都是定義在平均值基礎上的，它們只適用于電壓、電流為正弦波的情況；而瞬時功率的概念對正弦、非正弦電壓 2.3 DPC系統硬件設計 系統核心控制芯片為TI公司的TMS320F2812 DSP芯片，采用該芯片有以下優點： （1）指令周期為6.67ns（150MHz）； （2）內部集成128K的FLASH ROM和18K的SRAM，編程方便； （3）具有豐富的外設，有多達16個通道的12位的ADC，單路轉換時間僅60ns，事件管理器（EV）可以方便的控制PWM輸出 系統主電路中采用三菱公司的IPM功率模塊PM75CSA120，它具有最高20kHz的穩定工作頻率，集成了完整的三相功率回路，最優的IGBT門極驅動，完善了對短路、過流，溫升過高和欠壓的保護，特別適用于變流裝置。 3 實驗結果與分析 基于前述的PWM整流器原理及DPC控制策略，研制了一臺樣機。前級采用自耦變壓器降壓作為整流橋輸入，整流系統的進線濾波電感為8mH，電阻忽略不計，工作頻率20kHz。直流母線濾波電容為兩個450V/4700μF電容串連。 3.1 穩態波形 圖4（a）為穩態輸入的相電壓和相電流波形，由圖可見，電壓電流相位相同，其中電流近似正弦波，但在波峰處仍有一定的毛刺，這是因為控制系統的信號采集部分有很小的相位遲滯，所以對瞬時功率的控制存在一定的滯后。圖4（b）為穩態時的網側的輸入有功和無功功率波形，它們由式（7）計算后輸出到一個12位DAC芯片得到的，DAC輸出最高電壓2.5V，波形中P的平均值大約為340mV，計算之得：P=0.34/2.5*4095=556.92W，與實驗運行參數相符。無功功率在很小的范圍內波動，近似為零。可見采用DPC控制策略的PWM整流器功率因數近似為1，具有良好的輸入特性。 3.2 負載變化的動態響應 圖5為負載從100Ω變化到50Ω，輸出功率增大，輸出直流電壓、網側電流和有功無功的動態波形。從圖5可以看到，輸出直流電壓基本不變。網側電流和有功功率經過大約40ms后在新的狀態下穩定，顯示了DPC的快速的動態響應和良好的輸出特性。 4 結論 應用直接功率控制的PWM整流系統，結構簡單，省去了VOC控制策略中的電流環和復雜的坐標變換運算，參數調試量少，動態性能好。在此基礎上研制了一臺實驗樣機，實驗結果表明了控制算法的高效性。