三相PWM整流器双闭环控制建模与仿真

资 源 简 介

该项目在MATLAB/Simulink环境下构建了完整的三相电压型PWM整流器（VSR）仿真模型，实现了高性能的双闭环控制策略。 核心功能包括对整流器在dq同步旋转坐标系下的精确数学建模，利用电压外环维持输出直流电压的稳定，并结合电流内环实现对交流侧电流的高精度跟踪，从而保证系统工作在单位功率因数状态。 项目详细展示了SVPWM（空间矢量脉宽调制）技术的具体实现过程，旨在提高直流侧电压利用率并降低开关损耗。 通过设置不同的负载突变工况，验证了控制系统在动态过程中的快速响应能力以及稳态下的纹波抑制水平。 该

详 情 说 明

三相PWM整流器（VSR）双闭环控制仿真系统

该项目提供了一个基于MATLAB编写的高性能三相电压型PWM整流器（VSR）全过程仿真环境。通过对整流器物理特性和控制算法的精确数学描述，系统实现了在dq同步旋转坐标系下的电流电压双闭环控制。此仿真能够模拟真实工业场景中的电网波动、负载突变等工况，是研究高性能电源变换器、单位功率因数控制及SVPWM调制技术的理想工具。

功能特性

1. 精确的数学建模：基于一阶欧拉法迭代更新整流器状态变量，完整模拟交流侧电感电流动态与直流侧电容电压动态。
2. 双闭环控制架构：电压外环维持输出直流电压恒定，电流内环实现有功与无功电流的解耦控制。
3. 高效率调制技术：集成中心对称式七段SVPWM（空间矢量脉宽调制）算法，有效提高直流电压利用率。
4. 单位功率因数运行：通过将无功电流指令设为零，确保网侧电压与电流相位高度同步。
5. 负载抗扰动测试：支持在仿真运行过程中进行负载电阻突变测试，验证系统的动态响应速度与快速恢复能力。
6. 综合性能分析：内置稳态波形分析功能，自动计算系统功率因数（PF）及网侧电流的总谐波畸变率（THD）。

系统要求

1. 软件环境：MATLAB R2016b 及以上版本。
2. 基础配置：无需额外的Simulink工具箱，代码采用纯脚本编写，计算效率高。
3. 知识背景：建议使用者具备电力电子技术、自动控制理论及坐标变换的基础知识。

控制逻辑与演算法细节

#### 1. 坐标变换模块 系统首先将检测到的三相交流电流通过Clarke变换转换为静止坐标系下的alpha-beta分量，随后利用Park变换将电流和电压映射到随电网电压矢量旋转的dq坐标系中。在dq坐标系下，交流分量变为直流量，极大简化了PI调节器的设计难度。

#### 2. 双闭环调节器设计 电压外环：以直流母线电压给定值与反馈值的差值为输入，通过PI调节器输出有功电流的参考值（Id_ref）。为模拟实际控制控制器的运算周期，电压环设定为每10个采样周期执行一次更新。 电流内环：采用解耦控制策略。在PI调节器的基础上，引入了前馈补偿项和交叉耦合项（w*L*I），用以抵消电网电压扰动及dq轴之间的耦合影响，确保电流的高精度跟踪。

#### 3. SVPWM 调制实现 调制模块通过判断合成矢量所处的扇区（1-6），计算相邻两个基础有效矢量及零矢量的作用时间。生成的占空比信号采用七段式中心对称模式，通过特定的开关切换顺序最大限度降低开关损耗，并减少直流偏置。

#### 4. 物理系统仿真逻辑 仿真采用离散迭代计算。在每个采样周期内：

• 根据SVPWM生成的占空比计算整流器交流侧的瞬时端电压。
• 利用电感电压方程（di/dt）和电容电流方程（dVdc/dt）更新电网侧三相电流和直流侧母线电压。
• 模拟电阻在指定时间点的阻值切换，以观察系统在功率波动时的稳态精度和瞬态过冲。

关键函数与算法分析

• 电流解耦算法：通过在电流环中加入 -wLIq 和 +wLId 的反馈补偿，消除了电感在旋转坐标系下产生的耦合，使Id和Iq能够独立调节。
• 功率因数评估：系统通过寻找稳态下电流与电压的过零点及峰值相位差，能够实时量化系统的功率因数表现。
• 谐波分析：内置基于快速傅里叶变换（FFT）的简易分析逻辑，通过提取基波分量与高频谐波分量，计算电流THD，用于评估电网侧电流的正弦化程度。

使用方法

1. 运行配置：打开MATLAB环境，将所有相关算法函数置于同一工作目录下。
2. 参数自定义：可以在主程序的参数设置区修改电感L、电容C、PI控制参数以及预期的直流电压值。
3. 启动仿真：运行主程序脚本，系统将按照设定的100kHz采样率开始迭代计算。
4. 结果查看：仿真结束后，程序会自动弹出可视化界面，展示直流电压响应曲线、三相交流电流波形以及电压电流相位跟踪对比图。并在命令行窗口输出稳态电压、PF值及THD数值。