功率补偿电压型PWM整流器在直流电网中的应用
电能高效无污染的利用，是全球长期追求的指标之一，变流装置绿色化尤为重要。ABB公司创新设计船载直流电网，将船舶能效提升20%左右，并将电气设备的占地面积和重量减少30%左右，所产生的电力直接馈入或通过整流器将电能分配给船上用电设备的公共直流汇流排。此系统可用于高达20MW的船舶电气应用并运行在额定电压1000VDC，直流侧稳定性。本课题建立整流器VF-DPC模型，引进了虚拟磁链观测的方法和SVPWM控制，利用智能控制在线寻优，实现了电网能量的双向传输、单功率因数、谐波滤波和直流电网交流侧电流正弦化。
标签：整流器VF-DPC模型；虚拟磁链观测；SVPWM控制；智能控制
1 直流电网的发展现状
直流电网较交流电网具有以下几个优点：减少燃油损耗；磨损更小；简单省时；快速响应，系统无需同步；噪声更轻，震动更小；更加环保。
直流电网较交流电网具有以下几个缺点：直流电网价格高；断路器的设计要求高；无功补偿量大；维护费用高；谐波干扰，需要较好的滤波器。
因此现阶段直流电网被应用于船载直流电网，某些小型的供电系统，具体大电网应用直流电网还需要一定的技术发展。文章研究能量双向流动的VF-DPC电压型整流器，确保了直流侧电压的稳定性，确保了交流侧电流正弦化，同时虚拟磁链有效的抑制了谐波，对直流电网的发展有着重要意义。
2 电压型PWM整流器的拓扑结构
图1为三相电压型主电路拓扑结构，是半桥电路。而三相全桥会比三相半桥更适应于电网不平衡的条件，硬件成本高。但是由于本课题在电网平衡条件下研究，所以采用三相半桥电路。这里用IGBT，原因：第一，二极管整流，对电网造成了“污染”；第二，谐波大，对于晶闸管。
3 三相电压型PWM整流器的工作原理
整流器交流侧输入认为是三相正弦电流。而直流侧的电容起到稳压作用输出呈直流电压源特性。其单相交流侧等效电路如图2所示。
功率开关管桥路以及直流回路组成当不计功率开关管桥路损耗时，由交、直流侧功率平衡关系：
由于所加載的电阻R较小，则基本可以忽略，则
方程（2）中e是由电网电压决定的，VL恒定相位超前电流iA的相位？仔/2。
PWM整流器的四象限运行，可以用来控制交流侧电压和交流侧的电流，通过反馈控制来网侧电流。
4 三相电压型PWM整流器的直接功率控制
直接功率控制主要是控制有功功率和无功功率，VOC，电流矢量的幅值以及相位，间接控制有功无功功率，从而控制输出端电压。
DPC与VOC的区别：DPC是基于电机直接转矩控制的方法转换而来，并非是把功率换算成电流去实现电流内环控制，而是PWM整流器输出的瞬时有功无功功率作为控制量实现的直接功率闭环控制。文章主要研究比较先进的VF-DPC系统。利用坐标变换将3S/2S电压电流瞬时值变换成两相正交坐标系。其中的clark、park和ipark坐标变换这里不作过多介绍。
瞬时功率理论与仿真模型如下：
从式3中可以看出来，瞬时有功功率和瞬时无功功率的变化与交流侧电感能量有着密切的关系。在从式3中观察，可发现无功功率与d没有关系，也就是与直流侧能量不传递，但是可以看出来有功功率在整流器的交直流侧进行双向能量流动，形成了功率环，确保了直流侧电压的稳定性，体现了整流器的非线性控制优越性。
虚拟磁链的瞬时功率估算模型，利用虚拟磁链估算模块省去了电压传感器。其中的SA，SB，SC是开关矢量表开关函数信号，其中的Udc是由电压传感器直接测量而得。电流则是由电流传感器测量而得，经过clark变换成？琢？茁坐标系而得。虚拟磁链的输出为瞬时有功功率和瞬时无功功率的观测值也即为实际值。
5 仿真模型和仿真结果
电压型PWM整流器VF-DPC系统框图可以在参考文献中查阅，不再附图。根据系统框图在simulink中建立模型。并在直流电网模型中运行该模型，其直流侧电压仿真结果如下：
从图3可以得出，在刚启动空载时波形有了大的超调量但是能够保持电压的稳定性，在0.2s突加负载的时候直流侧电压在负载的冲击下突然减小，随后继续保持稳定在1000V。
从图4可以得出，当加入100电阻时，启动瞬间整流器处于整流状态，瞬时有功功率和无功功率同时减小，无功功率转化为有功功率，同时向直流侧传输，在0.05S的时候达到稳定。
利用神经网络工具箱，粒子群算法，BP算法和模糊专家控制对数据参数进行在线优化，可以优化波形的超调量和响应时间。
6 结束语
文章验证了电压型PWM整流器VF-DPC系统在直流电网中的仿真应用，并用神经网络进行分析在线寻优，参数得到了优化。此绿色整流器符合预期，利用智能控制对直流电网工业应用有着重要的意义。
参考文献
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