利用空间矢量提升航空高功率因数整流的研究

现代飞机越来越多地采用电力作动技术，大量先进机载用电设备的应用使得飞机供电系统容量迅速增加。传统的变压整流器和非线性负载的大量使用使电网中电流谐波含量较高，对飞机供电系统和供电质量造成很大影响。消除电网谐波污染、提高整流器的功率因数是电力电子领域研究的热点。空间矢量PWM（SVPWM）控制具有直流侧电压利用率高、动态响应快和易于数字化实现的特点。本文采用空间矢量技术对三相电压型整流器进行研究，使其网侧电压与电流同相位，从而实现高功率因数整流。

　　1 空间矢量控制技术

　　SVPWM控制技术通过控制不同开关状态的组合，将空间电压矢量V控制为按设定的参数做圆形旋转。对任意给定的空间电压矢量V均可由这8条空间矢量来合成，如图1所示。任意扇形区域的电压矢量V均可由组成这个区域的2个相邻的非零矢量和零矢量在时间上的不同组合来得到。这几个矢量的作用时间可以一次施加，也可以在一个采样周期内分多次施加。也就是说，SVPWM通过控制各个基本空间电压矢量的作用时间，最终形成等幅不等宽的PWM脉冲波，使电压空间矢量接近按圆轨迹旋转。主电路功率开关管的开关频率越高，就越逼近圆形旋转磁场。

　　为了减少开关次数，降低开关损耗，对于三相VSR某一给定的空间电压矢量，采用图2所示的合成方法。在扇区I中相应开关函数如图3所示。零矢量均匀地分布在矢量的起、终点上，除零矢量外，由V1、V2、V4合成，且中点截出2个三角形。一个开关周期中，VSR上桥臂功率开关管共开关4次，由于开关函数波形对称，谐波主要集中在整数倍的开关频率上。

　　2 直接电流控制策略

　　三相VSR的电流控制策略主要分为直接电流控制和间接电流控制。直接电流控制采用网侧电流闭环控制，提高了网侧电流的动、静态性能，并增强电流控制系统的鲁棒性。而在直接控制策略中固定开关频率的PWM电流控制因其算法简单、实现较为方便，得到了较好应用，在三相静止坐标系中，固定开关频率的PWM电流控制电流内环的稳态电流指令是一个正弦波信号，其电流指令的幅值信号来源于直流电压调节器的输出，频率和相位信号来源于电网；PI电流调节器不能实现电流无静差控制，且对有功电流和无功电流的独立控制很难实现。在两相同步旋转坐标系（d，q）中的电流指令为直流时不变信号，且其PI电流调节器实现电流无静差控制，也有利于分别对有功电流和无功电流独立进行控制。

　　3 三相VSR数字控制系统

　　三相VSR数字控制系统结构如图4所示，控制系统采用电压外环和两个电流内环组成双环控制结构，电压环控制三相VSR直流侧电压，通过输出直流侧电压 Vdc与给定参考电压差值经过PI调节产生电流参考信号，起到跟踪控制输出直流电压的目的；电流环用来按照电压环调节器输出的电流指令进行电流控制，按照电压外环输出的电流信号对输入电流进行控制，利用SVPWM算法产生开关信号控制整流器来实现单位功率因数。