-PAGE38-能量雙向流動交直流電源變換器研究的國內(nèi)外文獻綜述自20世紀(jì)90年代以來PMW泵和整流控制技術(shù)都一直是一項備受中外學(xué)者們廣泛重視關(guān)注、研究的學(xué)術(shù)熱點。隨著我國科學(xué)技術(shù)研究的進一步不斷深入，PMW電力整流電控技術(shù)已得到了一定的進步，例如用于有源線路電力整流濾波(apf)、超導(dǎo)式電力儲能(smes)、電氣傳動(ed)、高壓直流電力輸電(hvdc)、統(tǒng)一控制潮流運動控制器(upfc)、風(fēng)能等各種可再生資源的并網(wǎng)發(fā)電等，并且長期伴隨著我國現(xiàn)代電子控制設(shè)計理論、微處理器設(shè)計技術(shù)以及其他現(xiàn)代電子計算機和微電子技術(shù)的不斷更新，這些技術(shù)時代對于實際應(yīng)用整流技術(shù)的不斷探索又極大地進步促使了對PMW電控整流的實際應(yīng)用以及技術(shù)日趨成熟，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)從三相、單相的電路向多電平拓?fù)潆娐芳岸嘞嘟M合的方向發(fā)展，風(fēng)力功率的控制等級也從以前的千瓦的等級逐漸提高上升到成為幾百兆瓦的等級，但是在風(fēng)力主控制電路的產(chǎn)品種類上，它需要既有驅(qū)動電流源型驅(qū)動整流器，又要帶有交流電壓源型驅(qū)動整流器，二者都已經(jīng)成功的被投入實際應(yīng)用推廣在了我國現(xiàn)代電力工業(yè)上，但卻大部分都仍然是直接采用基于模擬數(shù)字芯片制成PMW波形的發(fā)生器，在風(fēng)電閉環(huán)和并網(wǎng)智能化的調(diào)控比如說大型風(fēng)力發(fā)電機的并網(wǎng)等各個方面都仍然存在著極為嚴(yán)重的技術(shù)問題，尤其特別是在我們國內(nèi)，基于模擬數(shù)字信號以及微處理器的風(fēng)力能量雙向調(diào)制流動系統(tǒng)交直流風(fēng)力電源電壓變換器及其相應(yīng)的技術(shù)研究還只是仍然處于初步研究起步和完善的起步階段。當(dāng)前對能量雙向流動交直流電源變換器的研究主要體現(xiàn)在如下的幾個方面：1.關(guān)于能量雙向流動交直流電源變換器數(shù)學(xué)模型的研究A.W.Green曾經(jīng)提出了基于一定的坐標(biāo)變換的能量雙向流動交直流電源變換器連續(xù)、離散的一些動態(tài)數(shù)學(xué)模型，R.Wu和S.B.Dewan等較為系統(tǒng)地設(shè)計和建立了能量雙向流動交直流電源變換器的一些時域模型，同進也把這些時域模型分解為高頻和低頻兩種模型，且都給出了一些相應(yīng)時域理論的求解。基于此模型理論的研究基礎(chǔ)上，也通過在實踐中重新建立了一種新穎的可以用來用于減低電壓升級和提高降階微中子電流的各種數(shù)學(xué)分析模型，從而大大簡化了對于低能量雙向電壓流動器和交直流通用電源電壓變換器的各種數(shù)學(xué)分析模型以及對其基本特性的數(shù)學(xué)分析。2.關(guān)于能量雙向流動交直流電源變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的研究能量雙向電壓流動方式交直流開關(guān)電源電壓變換器用于主開關(guān)電路中的拓?fù)湓O(shè)計結(jié)構(gòu)近十幾年來也一直未能真正取得特別大的重要技術(shù)創(chuàng)新突破，主開關(guān)電路設(shè)計的主要基本原理也是在我們繼續(xù)盡量保持原始開關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計基礎(chǔ)上，盡量多地簡化了開關(guān)電路中的拓?fù)湓O(shè)計結(jié)構(gòu)，減少了所設(shè)計需要的直流開關(guān)電路元件的設(shè)計個數(shù)，降低了總設(shè)計成本，一定大的程度上大大增強了系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性。其中對于電壓型能量雙向交直流電源電壓變換器最顯著的一個儲能特點之一是那就是高壓電流輸出儲能,它主要是在直流側(cè)電壓部分之間采用高壓電容，從而直接促使這個整流器的直流側(cè)電壓輸出特性充分表現(xiàn)而成為一個具有電流相應(yīng)的低頻高阻抗交流電壓源儲能。按照對于各種裝置的實際功率控制需求不同，同時所需要研究的技術(shù)重點也不同。在一些非常需要高輸出功率的應(yīng)用場合，研究大部分集中于變流器組合、軟開關(guān)技術(shù)、以及多電平的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上。能量雙向電壓流動水平交直流拓?fù)潆娫措妷鹤儞Q器的多環(huán)路電壓水平交流拓?fù)潆娐方Y(jié)構(gòu)主要特別適用于輸電高壓和交流大容量的應(yīng)用場合。3.對于電壓型能量雙向流動交直流電源變換器電流控制技術(shù)的研究電壓式電流能量雙向電壓流動微型交直流網(wǎng)側(cè)電源電壓變換器主要具備兩個主要可以控制的技術(shù)目標(biāo)，一個就是通過使交流網(wǎng)側(cè)上的電流流動達(dá)到穩(wěn)定的直流網(wǎng)側(cè)電壓，另一個就是使它可以通過使交流網(wǎng)側(cè)上的電流流動達(dá)到電壓正弦化，并可以追隨交流電網(wǎng)網(wǎng)側(cè)電壓的不斷變化。電壓型直流能量雙向電壓流動電源交直流能量電源電壓變換器間接網(wǎng)側(cè)回路電流驅(qū)動控制策略主要類型可以大致分成兩種：間接網(wǎng)側(cè)電流驅(qū)動控制策略和直接網(wǎng)側(cè)電流驅(qū)動控制策略。間接控制電流自動控制其對于互聯(lián)網(wǎng)側(cè)控制輸入輸出電流的各種動態(tài)控制響應(yīng)緩慢，且對于控制系統(tǒng)過程中的各種主要工作原理參數(shù)較為敏感，適用性的程度也不高，因此漸漸被直接控制輸入輸出電流的自動控制所加以替換。與間接過載電流響應(yīng)控制開關(guān)技術(shù)系統(tǒng)相比，直接過載電流響應(yīng)控制技術(shù)電流源的響應(yīng)速度快，系統(tǒng)的魯棒性好，且容易及時進行過載電流過壓保護，是當(dāng)今采用能量雙向控制流動作為交直流通用電源電壓變換器的直接電流響應(yīng)控制技術(shù)解決系統(tǒng)方案中最為新的主流。4.能量雙向流動交直流電源轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)控制策略研究控制策略系統(tǒng)是一種新型能量雙向交直流動微型交直流通用電源電壓變換器通用控制策略系統(tǒng)的技術(shù)核心，其基本性質(zhì)性能優(yōu)劣直接關(guān)系決定了這種能量雙向交直流動微型交直流通用電源電壓變換器在電和動、靜態(tài)控制方面的穩(wěn)定性能和具有魯棒性的特點。能量雙向交直流動電壓交直流通用電源電壓變換器常見的電流控制自動技術(shù)基本方法主要包括有電流滯環(huán)開關(guān)電流自動控制、固定控制開關(guān)電流頻率控制電流自動控制、預(yù)測開關(guān)電流自動控制、直接開關(guān)功率控制傳感器自動控制、無無線電網(wǎng)電動勢控制傳感器及使用無電線網(wǎng)側(cè)流動電流控制傳感器自動控制、電網(wǎng)不均衡運動條件下使用能量雙向交直流動電壓交直流通用電源電壓變換器自動控制、滑?？刂瓶勺冸娐方Y(jié)構(gòu)自動控制、反饋電路精準(zhǔn)線性化結(jié)構(gòu)控制、基于rrlyapunov穩(wěn)定性控制理論的自動控制、模糊控制等,具體技術(shù)說明內(nèi)容如下：(1)滯環(huán)電流控制如果實際電流輸出的具體電流稍微變得大于這個指令中的值，則經(jīng)過對差壓變流器電源開關(guān)正常運行工作狀態(tài)的自動更新進行改變后就能夠有力促使之可以縮短，反之又可以加大。這種電流控制響應(yīng)方式相對電流源的響應(yīng)速度快，結(jié)構(gòu)簡單，方便地可以實現(xiàn)對響應(yīng)電流的自動限制，系統(tǒng)魯棒性好，但是開關(guān)頻率在一個工頻周期內(nèi)不固定，諧波電流頻譜隨機分布，網(wǎng)側(cè)濾波器設(shè)計較為困難。(2)固定開關(guān)頻率PWM電流控制固定頻率開關(guān)的載波頻率控制PMW對于載波電流的頻率控制，一般都認(rèn)為是用來指對于PMW載波的輸出頻率一直保持固定不變，而以作為電流控制偏差頻率調(diào)整器的信號器來作為對電流調(diào)制器載波的頻率PMW進行控制。電流滯環(huán)響應(yīng)速度快，系統(tǒng)的魯棒性能比較高，但是當(dāng)所有的滯環(huán)電流和電壓內(nèi)環(huán)都不能采用PI滯環(huán)進行電流調(diào)節(jié)時，三相滯環(huán)靜止電流坐標(biāo)系系統(tǒng)中的一個PI滯環(huán)電流控制調(diào)節(jié)器就可能無法完全準(zhǔn)確實現(xiàn)對內(nèi)環(huán)電流進行無阻和靜差的電流控制。(3)預(yù)測電流控制預(yù)測電流控制的設(shè)計思想就是先由電流控制開關(guān)的在線最優(yōu)化設(shè)計出發(fā)，同時再根據(jù)電流控制開關(guān)的相應(yīng)負(fù)載尺寸以及需要給定的電流向量變化頻率，進而通過推算得到能量在下一個周期內(nèi)電流達(dá)到滿足預(yù)測期望的電壓向量，這樣就可以進行對能量雙向流動交直流電源變換器開關(guān)的最優(yōu)化控制。預(yù)測式電流控制就是它能夠擁有很快的電流反饋響應(yīng)速度，而其控制的精確性和效果則需要完全依賴系統(tǒng)的參數(shù)，魯棒性也并不太高，且它受到控制時間的延遲和處理器所采樣信號的影響很嚴(yán)重。(4)無線電網(wǎng)側(cè)電動勢控制傳感器和移動無線線網(wǎng)側(cè)高壓電流移動傳感器的相互控制無線電網(wǎng)側(cè)電動勢電力傳感器和開關(guān)無電線網(wǎng)側(cè)勵磁電流電動傳感器的精確控制檢測技術(shù)就是為了進一步精確化和簡化采用電壓式的PWM無電整流器對無電信號的精確檢測量而提出來的設(shè)計和技術(shù)研究。它主要指的是一種利用電力網(wǎng)側(cè)驅(qū)動電流測量偏差的方法PI自動估計調(diào)節(jié)的該方法是用來進行檢測和分析控制整個電網(wǎng)的電動力趨勢及其誤差，其中的測量結(jié)果精度非常高；其二方法是用于利用復(fù)雜的功率開環(huán)估計的該方法是用來重構(gòu)整個電網(wǎng)的電動勢，這個也是一種用于開環(huán)自動估計的常用算法，并且由于含有微分項，在復(fù)功率估計算法中容易引入干擾。無網(wǎng)側(cè)電流傳感器控制是通過直流側(cè)電流的檢測來重構(gòu)交流側(cè)電流。(5)電網(wǎng)不平衡條件下的能量雙向流動交直流電源變換器控制學(xué)術(shù)界提出了在不平衡的條件下，直流電壓和網(wǎng)側(cè)電流的時域表達(dá)式，電網(wǎng)負(fù)序分量被認(rèn)為是導(dǎo)致網(wǎng)側(cè)電流畸變的原因，同時指出，常規(guī)的控制方法會使直流電壓產(chǎn)生偶次諧波分量，交流側(cè)會有奇次諧波電流。通過負(fù)序分量的前饋控制來抑制電網(wǎng)負(fù)序分量的影響。但是由于該方法的負(fù)序分量在dq坐標(biāo)下不是直流量，致使它的PI狀態(tài)調(diào)節(jié)無法真正做到動態(tài)無靜差的狀態(tài)控制。(6)滑模變結(jié)構(gòu)控制特點之一就是控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)并不是固定，而是控制系統(tǒng)可以隨著動態(tài)的過程中，根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)的改變而不斷發(fā)生變化，迫使系統(tǒng)按照指定的滑動模態(tài)運動。采用滑?？勺兘Y(jié)構(gòu)進行控制，可以促進能量雙向流動交直流電源變換器不需要依賴于電網(wǎng)的電壓、開關(guān)元件以及輸出的負(fù)載等參數(shù)，對于這些參數(shù)的變化和干擾都是不變的，即強魯棒性，但是在控制器的設(shè)計過程中滑模系數(shù)選取相對比較困難，選擇不當(dāng)容易為系統(tǒng)產(chǎn)生不利的抖動，造成系統(tǒng)不穩(wěn)。(7)反饋精確線性化控制利用這種微分概率幾何系統(tǒng)理論對其中的一個相應(yīng)非線性控制系統(tǒng)狀態(tài)進行一定的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)信息分解、分析及自動控制所以對要求的狀態(tài)反饋準(zhǔn)確線性化的進行控制，通過對其中一個相應(yīng)非線性系統(tǒng)狀態(tài)的準(zhǔn)確反饋的測量和非線性系統(tǒng)坐標(biāo)的進行變換，能夠有效讓非線性控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)能夠在大多數(shù)范圍內(nèi)乃至整個系統(tǒng)全局控制區(qū)域內(nèi)同時實現(xiàn)線性化，這樣就更加方便了我們也就可以很方便的得到使用這種線性自動控制系統(tǒng)理論方法來對其系統(tǒng)進行控制相應(yīng)的非線性控制系統(tǒng)而只需要同時進行某些線性控制處理單元的結(jié)構(gòu)設(shè)計。將電流反饋準(zhǔn)確線性化也更適合于應(yīng)用于可在交直流輸入電源電壓變換器中實現(xiàn)能量雙向快速流動的應(yīng)用交直流輸入電源電壓轉(zhuǎn)換器反饋控制，可以輕松實現(xiàn)自動使得通過輸入輸出電流迅速準(zhǔn)確追蹤輸入網(wǎng)壓且電流畸變最大程度較小，具備良好的魯棒性。該種運算方法的非線性過程控制器由于其硬件設(shè)計比較復(fù)雜，涉及多次多個坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)移，運算產(chǎn)生錯誤的數(shù)量較大。(8)基于Lyapunov穩(wěn)定性理論的控制現(xiàn)有大多數(shù)基于微型信號模擬器的能量雙向流動交直流電源變換器，應(yīng)用了相應(yīng)的線性控制理論來進行設(shè)計。只有在整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)和輸出在非常小的干擾下才能夠有效地保證整個系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性，在大范圍的干擾下，為了能夠保證能量雙向流動交直流電源變換器穩(wěn)定地運行在受到大范圍干擾的工作環(huán)境中，并且所擁有的動、靜態(tài)特點和性能。對于一個給定的非線性系統(tǒng)，如果我們能夠?qū)ふ乙粋€相應(yīng)的lyapunov整流器函數(shù)，就是可以直接利用這個整流器函數(shù)來對系統(tǒng)的控制器進行一個相應(yīng)的設(shè)計，采用lyapunov函數(shù)作為一個相應(yīng)的穩(wěn)定性理論而設(shè)計的PMW整流器，解決了系統(tǒng)參數(shù)的變化對于電流跟蹤的影響，同時系統(tǒng)的電流在一個跟蹤到一個給定的閾值時效果變得很好，在大范圍干擾條件下也是一種能夠既既保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定，又能具有一種比較好的動態(tài)特性，但是構(gòu)造lyapunov函數(shù)是比較困難，最佳的能量函數(shù)是比較困難。（9）模糊控制模糊控制主要原理是將系統(tǒng)的一些動態(tài)信息映射到的關(guān)系經(jīng)過模糊計算規(guī)律和系統(tǒng)隸屬度計算函數(shù)的模糊計算分析體現(xiàn)了表示出來，首先所需要我們做的就是對模糊規(guī)律進行更加確定性的計算輸入量，利用系統(tǒng)相應(yīng)的模糊規(guī)律進行數(shù)值推理就已經(jīng)完全可以直接計算出來得到模糊的進入輸出，然后只要使用清晰化的模糊計算分析方法處理即可計算得到一個系統(tǒng)相應(yīng)的模糊輸出量和確定性，這樣對于模糊輸入和輸出產(chǎn)生的所有輸出變量都會都具有一定的模糊規(guī)律。采用模糊控制系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計可以實現(xiàn)讓電源能量雙向均勻流動的新型交直流移動電源電壓變換器主要具備以下幾個特點：其中的控制輸出頻率并沒有因為受到固定輸入直流電源輸出頻率的太大限制,而是只與控制程序的整個執(zhí)行生命周期密切相關(guān)；能將輸入輸出電流快速地追溯到進入電網(wǎng)的全部輸出輸入電流，諧波小，功率變化因數(shù)高；對于電網(wǎng)系統(tǒng)的功率參數(shù)不敏感，且完全能夠準(zhǔn)確適用于電網(wǎng)負(fù)載時的非線性功率變化；該控制模型已經(jīng)完全可以走向系統(tǒng)離散化，并且很容易被系統(tǒng)數(shù)字化。長期以來，由于人們采用交流電壓式高頻PMW電壓整流器的主要優(yōu)點之一是其設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單、損耗相對較低、控制方便，所以一直都認(rèn)為是當(dāng)今社會人們需要進行相關(guān)技術(shù)課題研究的熱點課題和研究重點，以及其中可能存在的高頻交流側(cè)電壓濾波等技術(shù)問題，其設(shè)計控制和安裝運行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也往往會變得復(fù)雜，也就制約了電流型PWM整流器的研究和應(yīng)用，但是隨著發(fā)展一定的超導(dǎo)技術(shù)，因為超導(dǎo)線圈的損耗非常低，可以用作電流型PWM整流器直流儲能電感，克服了電流型PWM整流器本來的不足。參考文獻[1]王興貴．現(xiàn)代電力電子技術(shù)．中國電力電子出版社，2010[2]王久和．電壓型PWM整流器的非線性控制．機械工業(yè)出版社，2008[3]張崇巍，張興.PWM整流器及其控制.機械工業(yè)出版社，2003[4]王忠禮．MATLAB使用技術(shù)．清華大學(xué)出版社，2007[5]張強．基于DSP的三相電壓源型PWM[畢業(yè)論文]．合肥工業(yè)大學(xué)，2003[6]朱俊杰．三相PWM整流器控制策略的研究[畢業(yè)論文]．湖南大學(xué)，2004[7]趙振波，李和明.單位功率因數(shù)PWM整流器雙閉環(huán)PI調(diào)節(jié)器設(shè)計.電工技術(shù)雜志，2003[8]王兆安，楊君，劉進軍，王躍.諧波抑制和無功功率補償.北京：機械工業(yè)出版社，2005[9]孫樹樸，李明，王旭光，伍小杰，王勉華，鄭征.電力電子技術(shù).徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2000[10]劉明俊，于明祁，楊泉林.自動控制原理.長沙：國防科技大學(xué)出版社，2002[11]張興.PWM整流器及其控制策略的研究[博士學(xué)位論文].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2003[12]徐小品.三相PWM整流器的研究[碩士學(xué)位論文].杭州：浙江大學(xué)，2004[13]李潮泳.基于電壓空間矢量調(diào)制的單位功率因數(shù)三相整流器的研究[碩士學(xué)位論文].成都：西