三相电压型PWM整流器VSR双闭环仿真模型

资 源 简 介

本模型旨在模拟并分析三相电压型PWM整流器在多种工况下的动态与稳态性能，是电力电子领域极具代表性的仿真方案。系统通过建立交流侧电压方程和直流侧功率平衡方程，构建了完整的数学模型。核心控制层采用双闭环结构：外环为直流支撑电压环，利用PI控制器稳定输出电压，确保能量供需平衡；内环为电流预测或轴向解耦控制环，在dq旋转坐标系下对有功与无功电流进行独立控制。项目实现了单位功率因数控制，能有效抑制交流侧输入电流的谐波污染，使电流波形趋于正弦。该模型涵盖了功率主电路（电源、滤波器、IGBT桥）、坐标变换模块（Clar

详 情 说 明

三相电压型PWM整流器（VSR）性能仿真模型

项目介绍

本项目提供了一个基于MATLAB编写的三相电压型PWM整流器（VSR）全流程仿真系统。该模型通过数值模拟方式，完整构建了从交流侧网侧电源到直流侧负载的动态模型。系统集成了高性能的锁相环、双闭环控制算法以及空间矢量脉宽调制（SVPWM）驱动技术，能够精确模拟VSR在稳态运行、启动过程以及负载突变工况下的各项电能质量指标。通过本模型，用户可以直观地观察dq轴电流解耦效果、直流母线电压的泵升与恢复，以及交流侧单位功率因数的运行特性。

功能特性

1. 单位功率因数控制：通过内环对无功电流（iq）的解耦控制，使交流输入电流的相位紧紧跟随电压相位，实现接近于1的功率因数，减少网侧谐波污染。
2. 动态负载平滑切换：模型预设了0.25秒时的负载突变逻辑，用于考察控制器在负载功率翻倍时维持直流母线电压稳定的能力。
3. 高精度软件锁相：内置基于dq坐标变换的PLL模块，能够在复杂的电网环境中快速、准确地提取相位角数据。
4. 矢量调制技术应用：实现了标准的SVPWM算法，包含扇区判断、矢量作用时间计算及占空比映射，相比传统的SPWM具有更高的电压利用率。
5. 电能质量自动评估：程序集成FFT分析功能，可自动计算稳态运行段电流的基波幅值和总谐波畸变率（THD）。

系统功能与逻辑实现说明

1. 系统初始化模块

代码首先定义了仿真物理环境，包括10kHz的开关频率、220V电网电压有效值、600V目标输出电压。同时设置了功率电路的核心参数：2200uF的直流滤波电容、2mH的交流侧滤波电感。定义了电压外环和电流内环的PI控制器增益，为后续的闭环调节提供基础。

1. 锁相环（PLL）模块

这部分功能实现了电网同步。它通过对三相电压进行Clarke变换降维，随后利用当前估计相位进行Park变换得到vq。PI调节器通过消除vq的偏差来动态修正频率偏差，从而通过积分得到实时的电网相位theta_pll，这是整个解耦控制的坐标准则。

1. 坐标变换与反馈计算

代码实现了交流电流从自然坐标系到同步旋转坐标系的映射。利用采集到的三相电流，通过Clarke变换生成静止坐标系下的alpha/beta分量，再配合PLL提供的相位角进行Park变换，获得能反映有功和无功分量的id和iq反馈值。

1. 双闭环控制算法

电压外环根据直流电压指令值与实际值的偏差进行PI调节，其输出作为d轴（有功）电流的参考指令。 电流内环分为d轴和q轴两个独立的调节回路。为了实现精准控制，代码在PI输出的基础上增加了解耦补偿项（omega*L*i）和电压前馈项，计算出整流器在dq坐标系下应产生的目标电压指令。

1. SVPWM发生器逻辑

该模块是控制层到功率层的桥梁。代码通过反旋转变换将dq指令电压转回alpha/beta系，利用三项切换逻辑判断参考电压矢量所在的扇区（Sector 1-6）。随后根据几何关系计算相邻有效矢量和零矢量的作用时间，最后配置三相桥臂开关管的占空比（da, db, dc）。

1. 功率电路仿真（微分方程求解）

模型未使用外部库，而是直接使用欧拉法（Euler method）实时求解电力电子系统的微分方程。其逻辑包含计算整流器中性点电位、相电压分布，并依据基尔霍夫定律更新三相电感电流。直流侧则根据功率平衡原理，利用整流器输入的直流电流减去负载消耗电流，得出电容电压的变化率并更新稳态电压。

1. 数据采集与结果可视化

仿真结束后，程序会自动截取末尾的周期数据进行FFT处理。可视化部分分为三个维度：第一维记录直流侧电压在负载突变前后的响应规律；第二维展示A相电压与电流的波形重合度，验证单位功率因数特性；第三维展示dq轴电流的实时跟踪性能，并标注出THD数值。

系统要求

1. 软件环境：MATLAB R2016b 或更高版本。
2. 核心语法：该模型基于标准MATLAB数学运算编写，不依赖特定的Simulink模块或外部工具箱，具有极高的可移植性。
3. 硬件建议：标准桌面计算环境即可流畅运行0.5秒时长的离散仿真。

使用说明

1. 直接运行主程序函数。
2. 命令行窗口将实时报告仿真完成状态、稳态电压平均值以及电流THD百分比。
3. 观察弹出的图形界面，评估系统在0.25s负载电阻从60欧降至30欧时的电压下陷与恢复时间。
4. 用户可根据需要修改参数区间的L、C参数或PI控制器的比例积分增益，以研究不同硬件配置下的控制器鲁棒性。