【UDQ正弦PWM】单相统一功率因数变流器控制、单相VSI或交直变流器以统一功率因数模式运行、控制器采用不平衡d-q控制在同步参考框架中实现研究附Simulink仿真

原创于 2025-09-03 09:33:55 发布 · 677 阅读

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🔥 内容介绍

在新能源发电、电能质量治理、电动汽车充电等领域，单相交流 - 直流（AC-DC）变流器（即单相 VSI 的整流模式）是实现能量转换的核心单元，其功率因数校正（PFC）能力直接影响电网侧电能质量 —— 传统二极管整流或相控整流变流器存在输入电流谐波含量高、功率因数低（通常低于 0.7）等问题，易导致电网电压畸变、传输损耗增加。

单相统一功率因数变流器通过主动控制策略，可使输入电流跟踪电网电压波形，实现功率因数接近 1（即统一功率因数模式），同时稳定直流侧输出电压。当前主流控制方法中，同步参考框架下的 d-q 控制因动态响应快、控制精度高被广泛应用，但单相系统不存在天然的三相平衡特性，需通过 “虚拟三相” 或 “不平衡 d-q 分解” 方法构建同步参考框架；而UDQ 正弦 PWM（Unbalanced d-q Sinusoidal PWM）技术作为适配单相不平衡特性的调制策略，能有效抑制电流谐波，提升变流器输出性能。

本文以单相两电平 AC-DC 变流器（工作于整流模式，即单相 VSI 的 AC-DC 运行状态）为研究对象，构建基于 UDQ 正弦 PWM 的控制体系：首先建立变流器的数学模型，提出同步参考框架下的不平衡 d-q 控制策略，设计电压外环与电流内环控制器，最后通过仿真与实验验证该控制方法在统一功率因数模式下的有效性，为单相变流器的高性能控制提供理论与工程支撑。

二、单相统一功率因数变流器的拓扑结构与工作原理

三、单相变流器的数学建模与 UDQ 变换

四、基于不平衡 d-q 控制的 UDQ 正弦 PWM 策略设计

单相变流器的控制体系采用双闭环结构：电压外环实现直流侧电压稳定，并生成电流内环的有功电流参考值；电流内环基于不平衡 d-q 控制，实现正序、负序电流的独立跟踪，最终通过 UDQ 正弦 PWM 生成开关管驱动信号。

⛳️ 运行结果

🔗 参考文献

[1] 李玉玲,鲍建宇,张仲超.间接电流控制可调功率因数电流型PWM变流器[J].中国电机工程学报, 2007, 27(1):5.DOI:10.3321/j.issn:0258-8013.2007.01.009.

[2] 张兴,张崇巍.基于电流预测的高功率因数变流器电压矢量优化控制策略的研究[J].电工技术学报, 2001, 16(3):5.DOI:10.3321/j.issn:1000-6753.2001.03.009.

[3] 邓宏贵,罗安,曹建.具有整功率因数的PWM变流器控制[J].电气应用, 2005, 24(1):5.DOI:10.3969/j.issn.1672-9560.2005.01.020.

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