傳統(tǒng)的矢量模式單周期" title="單周期">單周期控制三相PWM整流器是基于對稱電網(wǎng)系統(tǒng)下研究的,，功率因數(shù)約為1,，輸入諧波低，且與雙極型單周期控制相比,，具有更低的開關(guān)損耗" title="開關(guān)損耗">開關(guān)損耗,。當三相電網(wǎng)不對稱" title="不對稱">不對稱時，三相輸入電流跟蹤電網(wǎng)電壓" title="電網(wǎng)電壓">電網(wǎng)電壓的非零序分量,，采用傳統(tǒng)電網(wǎng)電壓選擇矢量區(qū)間不能保證三相PWM整流器具有較低的開關(guān)損耗,，且在電網(wǎng)極端缺相故障時，系統(tǒng)不能正常工作,。本文采用電網(wǎng)電壓非零序分量選擇矢量區(qū)間,，并對矢量區(qū)間狀態(tài)進行分析比較，結(jié)果證明所采取的方法能保證系統(tǒng)在任何情況下開關(guān)損耗最低,。最后對三相PWM整流器工作于不對稱電網(wǎng)情況下進行了仿真研究,，仿真結(jié)果表明采用電網(wǎng)電壓非零序分量選擇矢量區(qū)間能保證電網(wǎng)電壓在缺相故障時系統(tǒng)仍能正常工作，并且所采用的單周期控制同時滿足對稱電網(wǎng)系統(tǒng)。
1 引言
近十幾年來,，隨著對用電設(shè)備諧波污染的日益重視,，三相高頻PWM整流器技術(shù)已經(jīng)成為電力電子領(lǐng)域研究的熱點之一。由于三相電力電子裝置在電網(wǎng)中占有很大比重,，三相中大功率PFC成為近年研究的重點,，而其中以三相六開關(guān)雙向PWM整流器應(yīng)用最廣[1-2]。
在三相PWM整流器的各種控制方法中,，單周期控制展現(xiàn)了其突出的優(yōu)點：不需進行d-q坐標變換,、無需乘法器、具有調(diào)制和控制的雙重功能[2][4],，無論在穩(wěn)態(tài)或暫態(tài)情況下,，在控制周期內(nèi)受控的輸入電流平均值均能恰好正比于控制參考信號，具有動態(tài)響應(yīng)快,、開關(guān)頻率穩(wěn)定,、魯棒性強,、易于實現(xiàn)等特點[4],。在實際電網(wǎng)中，由于電網(wǎng)故障,、大容量不對稱負載的使用等,，都可造成電網(wǎng)的不對稱，而一般都在電網(wǎng)對稱情況下研究單周期控制的PWM整流器[1][2][4][7][8][9],。雖然單周期控制具有一定的抗擾動性能,，但在不對稱電網(wǎng)情況下，尤其是電網(wǎng)缺相故障時,，基于電網(wǎng)電壓選擇矢量區(qū)間的單周控制存在著兩個固有的缺點：（1）不能保證矢量模式的單周期控制具有最低的開關(guān)損耗,；（2）不能保證在電網(wǎng)極端缺相故障時系統(tǒng)的正常運行。本文針對以上兩個缺點,，分析不對稱電網(wǎng)的特點,，采用非零序分量進行區(qū)間選擇以改進傳統(tǒng)的區(qū)間選擇法，消除了以上兩個固有的缺點,，提高了矢量模式單周期控制三相PWM整流器的可靠性能,。最后通過仿真實驗，證實了該方法是實際可行的,。
2 單周期控制三相PWM整流器的狀態(tài)方程
圖1是三相六開關(guān)PWM整流器主電路拓撲圖,。為了便于原理分析，假設(shè)：（1）三相輸入是對稱的,，內(nèi)阻為零,，如圖2所示，三相電壓根據(jù)過零點被劃分為6個區(qū)間；（2）各相電感相等,，即La=Lb=Lc=L,；（3）每個橋臂上、下兩個開關(guān)互補運行,；（4）開關(guān)頻率遠大于電網(wǎng)頻率,。節(jié)點a、b,、c相對節(jié)點n的電壓為：
（1）
三相六開關(guān)PWM整流器的平均數(shù)學(xué)模型[2]為：
（2）
由文獻[3]可進一步推出輸入電壓與輸出電壓的關(guān)系：
?。?）
圖1三相六開關(guān)PWM整流器拓撲圖
圖2三相對稱電網(wǎng)及矢量區(qū)間
其中dan 、dbn和dcn分別是開關(guān)San ,、Sbn和Scn的占空比,。在00～600中，B相橋臂保持[6] ,，即dbn=1代入式（3）得：
（4）
為了得到單位功率因數(shù),，三相PWM整流器控制的目標方程為：
（5）
令： 
（6）
其中Vm為電壓補償器輸出電壓，E為輸出電壓Vdc, Rs為電流傳感器測量內(nèi)阻,，Re為三相等效負載,。將（5）代入（4）得：
（7）
根據(jù)圖2所示的矢量區(qū)間，同理可得其他區(qū)間的狀態(tài)方程列于表1：（abc表示三相相電壓與0的比較值,，1表示相電壓大于0,，0表示相電壓小于0）。
表1單周期控制核心狀態(tài)方程
3 單周期控制不對稱三相PWM整流器的分析
前面所討論的單周期控制的核心方程式（7）是在假定三相電源電壓對稱的情況下推導(dǎo)出來的,，其中Ua+Ub+Uc=0關(guān)系是成立的,。而在三相不對稱電網(wǎng)系統(tǒng)中，如圖3所示,，采用對稱分量法將三相不對稱電壓分解為正序分量,、負序分量及零序分量[5][10]。由于存在零序分量有Ua+Ub+Uc≠0,。由文獻[7]得在不對稱三相電網(wǎng)下輸出電壓與輸入電壓非零序分量有如下關(guān)系：
（8）
（9）
其中V0=1/3(Va+Vb+Vc),。Van0、Vbn0,、Vcn0和V0分別為三相電壓非零序分量及零序分量,。將單周期的核心方程（7）代入（8）式得不對稱電網(wǎng)下單周期控制的目標方程：
（10）
若使三相輸入電流仍跟蹤三相電網(wǎng)電壓，只有令
：并代入（8）和（9）式,，在I區(qū)間內(nèi)有：
（11）
式（10）說明了在不對稱系統(tǒng)中,，輸入電流與電網(wǎng)電壓的非零序分量成比例，并且三相電壓源承載相等的負載,。但是傳統(tǒng)矢量模式單周期控制的區(qū)間選擇是基于三相電網(wǎng)電壓,，這顯然不適于不對稱電網(wǎng)系統(tǒng),。考慮一般性及極端情況,，設(shè)A相正常,，C相幅值降為額定的10%，相位超前A相1500,，B相缺失,，如圖3所示。
圖3 B相缺相時的不對稱電網(wǎng)
B相的過零點無法確定,，[00-3600]各區(qū)間參數(shù)如表2,，在區(qū)間[1800-2400]內(nèi)控制參數(shù)不能確定，因此單周期控制器不能發(fā)出正確的驅(qū)動信號,，即在電網(wǎng)缺相極端情況下,，系統(tǒng)不能正常工作。圖5所示為不對稱三相電壓及其對應(yīng)的非零序分量,，而三相電流與非零序電壓分量成比例,，在[00-600]區(qū)間內(nèi)Van0、Vcn0有過零點,，由過零點劃分矢量區(qū)間,，則在[00-600]可繼續(xù)劃分區(qū)間1、2和3,，分別對應(yīng)C相橋臂開關(guān),、B相橋臂開關(guān)及A相橋臂開關(guān)保持開通或關(guān)斷，而傳統(tǒng)的矢量模式單周期控制在[00-600]只有B相保持開通或關(guān)斷,，因此開關(guān)損耗未能最小。本文采用三相電壓非零序分量選擇矢量區(qū)間,，控制框圖如圖4,。
圖4單周期控制電路框圖
非零序電壓分量矢量區(qū)間劃分如圖6所示。在區(qū)間I內(nèi)： Vbn0<0,，Van0>0,，Vcn0>0即Sbn=1。從（9）式得Va> Vb,，Vc> Vb,，仍然包含于傳統(tǒng)的矢量模式單周期控制的區(qū)間選擇中。同理可劃分其余區(qū)間如表3,，vp,、vn是對應(yīng)區(qū)間內(nèi)的線電壓，ip,、in是對應(yīng)區(qū)間內(nèi)相電流,。從表中可知非零序分量矢量區(qū)間劃分消除了極端缺相不對稱時的未定開關(guān)狀態(tài)參數(shù)，保證了系統(tǒng)的可靠工作，提高了矢量模式單周期控制的可靠性能,。另外在對稱電網(wǎng)中由于零序分量V0=0,，所以有Va= Van0，Vb=Vbn0,，Vc=Vcn0,，此時為傳統(tǒng)矢量模式單周期控制，即同時滿足對稱電網(wǎng)系統(tǒng),。
4 仿真實驗結(jié)果
本文針對的三相電網(wǎng)是模擬高速永磁同步發(fā)電機發(fā)出的高頻交流電,，交流電網(wǎng)頻率f為1kHz、相電壓有效值為220V,開關(guān)頻率fs為200kHz,三相交流側(cè)電感L為0.065mH,直流母線側(cè)電容為550uF,，電流傳感器的測量內(nèi)阻為0.1Ω,。應(yīng)用的仿真軟件是PSIM，為了驗證所采用的單周期控制的可行性,，對以下3種情況進行了仿真,。情況（1）：電網(wǎng)電壓零序分量v0為0即三相電網(wǎng)對稱，如圖7所示輸入電流完全跟蹤電網(wǎng)電壓,，輸出電壓穩(wěn)定,；情況（2）：電網(wǎng)電壓B相缺失，C相電壓幅值減少20%,，相位超前A相1500,，如圖8（b）所示，輸入電流跟蹤電網(wǎng)電壓非零序分量,，負載在0.28s時過載30%,，輸出電壓經(jīng)0.06s后穩(wěn)定，系統(tǒng)正?？煽抗ぷ?；情況（3）：B相電壓幅值減少30%，相位滯后A相1500,，C相電壓幅值減少20%,，相位超前A相900，波形如圖9所示,。
圖8情況2電網(wǎng)缺相不對稱
圖9情況3電網(wǎng)不缺相不對稱
5 結(jié)論
針對傳統(tǒng)的矢量模式單周期控制三相PWM整流器在不對稱電網(wǎng)時,，具有兩個固有缺點：（1）開關(guān)損耗不能保證最低；（2）在電網(wǎng)極端缺相時,，系統(tǒng)不能正?？煽抗ぷ鳌?yīng)用對稱分量法分析不對稱電網(wǎng)電壓的特點,，得出三相輸入電流分別與對應(yīng)相電壓非零序分量成比例,。本文最后采用電網(wǎng)電壓非零序分量選擇矢量區(qū)間,，通過分析比較，所采用的單周期控制能保證在系統(tǒng)任何情況,，開關(guān)損耗最低,。最后仿真驗證了采用的單周期控制在電網(wǎng)極端缺相時仍能正常工作，提高了矢量模式單周期控制三相PWM整流器的可靠性能,。