1 引言
实用的整流电路几乎都是晶闸管整流或二极管整流。晶闸管相控整流电路，输入电流滞后于电压，且其中谐波分量大，因此功率因数很低。二极管整流电路，虽然位移因数接近1，但输入电流中谐波分量很大，因此功率因数也很低。将逆变电路中的SPWM控制技术用于整流电路，就形成了PWM整流电路。控制PWM整流电路，使其输入电流非常接近正弦波，且和输入电压同相位，功率因数近似为1，称为单位功率因数PWM变流器，或高功率因数PWM整流器。在各种不同的控制方式中，以电压反馈作为外环加上电流反馈作为内环的双闭环串级控制最为普遍。事实上，实用化的PWM整流装置[1][2]绝大多数采用这种控制方法。双闭环控制[3、4]的主要特点是物理清晰，控制结构简单，控制性能良好。主要优点是：由于电流内环的存在，只要使电流指令限幅，可以使整流器工作于恒流状态，自然实现了对装置的过载保护。
2 三相高功率PWM整流器主电路结构
三相PWM VSR的功率电路结构如图1所示。主要包括交流侧的电感、电阻、直流输出电容、以及由全控开关器件和续流二极管组成的三相全桥电路，ua、ub、uc为电源电压，RL为负载的电阻。
3 三相PWM整流器数学模型[5]
三相电压型PWM整流器的拓扑结构如图1所示，开关等效图如图2所示。
假设电路满足以下条件：
（1）电源是三相平衡的正弦电压源。
（2）滤波电感Ls是线性的，不考虑饱和现象。
定义三相开关函数为：si=1，第i相上管导通；si=0，第i相下管导通。i=a,b,c。
整流器数学模型为：
4 基于d-q坐标系整流系统简化模型的建立
由于整流系统是非线性的，通常是通过仿真或模型线性化的方法确定控制器的参数，实际应用中不方便。双闭环控制器设计方法在实际应用中得到广泛应用，文献[6]研究表明，该方法应用到PWM整流器中也是适合的。
为便于系统分析与综合，采用PARK变换，将整流器模型变换到两相同步旋转的d、q坐标系，并使d轴定向于电网电压矢量。取变换矩阵为：
将式（2）作用于式（1），得到整流器在两相同步旋转坐标系下的模型为：
根据式（3）表示的整流器模型，可知输入电流满足式（4）：
5 仿真验证
下面通过SIMULINK建立系统的仿真模型（由于R值较小可忽略它的作用），并进行仿真测试以验证模型的可行性。仿真参数为：三相交流输入相电压为50 Hz/220 V（有效值），交流输入电感为2.5 mH，中间直流电容为3300μF，直流母线电压为220 V，负载电阻为14.52。交流侧输入电压与输入电流的仿真波形如图4所示，直流母线电压如图5所示。其中空间矢量控制器主要由直流电压PI调节器、占空比形成单元组成。从仿真图可见，输入电流的正弦度很好，直流母线电压的调节时间短，稳态误差小。
6 结论
以SIMULINK为工具进行的三相PWM整流器仿真，充分发挥了SIMULINK功能强大，建模简单参数易于调整的特点。此文基于双闭环的控制方法，系统地建立了三相VSC模块化功能仿真模型。模型直观，不用编程，易于使用，为验证设计思想、并进行高效成功的设计打下了良好的基础。
参考文献：
[1]董晓鹏，王兆安.三相电压型单位功率因数PWM整流器的研究，电力电子技术[J].1997,11：39-41.
[2]杨德刚，赵良炳，刘润生.三相高功率因数整流器的建模及闭环控制，电力电子技术[J].1999,10：49-51.
[3]熊健.PWM整流器的控制器工程化设计方法，电工电能新技术[J].2002,2(3)44-48.
[4]熊健，张凯，裴雪军，陈坚.一种改进的PWM整流器间接电流控制方案仿真[J].电工技术学报，2003，18(1)：57-63.
[5]鞠儒生，陈宝贤，陈燕.一种新型PWM整流器[J].电工技术学报，2002,17(6)48-52.
[6]沈安文，万淑芸，王离九，赵金.PWM整流器的输入电流谐
波分析及参数确定，电力电子技术[J].1998,(3)4-6.
