一种三相整流器的自然切换电流峰值控制策略摘要：给出了T型三电平整流器的直流侧电压与交流侧电流的自然开关轨迹.基于该轨迹，将直接功率控制理论与自然开关轨迹理论结合，给出了自然切换控制方法.在该控制方法下，负载扰动时，输出电流超调严重，系统动态过程不平滑.针对该现象，依据直流变换器中电流峰值控制的思想，提出了适用于自然切换控制方法的电流峰值控制策略，即在原有自然开关轨迹上增加第三运行轨迹，对输出电流直接限幅控制，使得系统动态过程更为平滑.并在Matlab2021a仿真环境中进行了验证.关键词：T型三电平;瞬时功率理论;直接功率控制;自然开关轨迹;电流限幅;PWM整流器中图分类：TM46文献标志码：A随着各行业对电能质量的要求提高和电力电子技术的发展，在许多应用场合中，PWM整流器因功率因数可控、网侧电流谐波小、能量可双向流动等特点，逐渐取代传统二极管和相控整流器[1-2].T型三电平（Three-levelT-typeNPC，TNPC）整流器是中点箝位型整流器的改进拓扑，TNPC结合了两电平整流器的优点，如低导通损耗、器件数目少和工作原理简单，以及三电平变换器的优点，如低开关损耗和较高输出电压质量[3-6].TNPC具有输出谐波低、效率高等特点，在诸如储能等领域应用越来越多.TNPC控制策略复杂，对TNPC整流器的控制研究主要是一些传统控制方法.TNPC整流器目前高性能的控制策略有电压定向矢量控制（VoltageOri?entedControl，VOC）和直接功率控制（DirectPowerControl，DPC）[1-3，7].与VOC相比，DPC无需对电网电压进行锁相，控制更为简单.且由于是对输出功率直接控制，控制对象包含交流侧电流及网侧电压信号，控制的动态性能更佳.一个性能要求较高的系统，在负载发生改变时，应当具有快速的动态响应，以减轻动态响应过程中可能出现的输出电压不可控等问题.针对电压型PWM整流器，文献[8]提出了利用动态过程中的无功电流来提高有功电流动态响应速度的一种新的控制方法，控制效果较好.文献[9-11]给出了一种自然切换方法控制直流变换器，系统响应速度快、控制精确度高.文献[12]提出了自然开关轨迹（NaturalSwitchingSurface，NSS）在两电平整流器中的应用，相较传统两电平控制方法，自然切换方法响应速度更快，但没有解决电流超调严重的问题.考虑三电平与两电平整流器的差异性，如交直流侧能量流动问题，电容中点电压平衡问题，开关矢量选择的复杂性等[13-18]，本文将研究T型三电平整流器的一种基于自然开关轨迹和直接功率控制的自然切换控制方法（NSS-DPC）.相较传统的DPC，NSS-DPC控制方法无需电压外环控制，有更好的动态性能.针对该方法电流超调严重这一问题，根据直流变换器中电流峰值控制的思想，文中提出一种电流限幅控制策略，在原有自然切换轨迹图上新加第三运行轨迹，有效实现了电流峰值的控制效果.1TNPC整流器1.1主电路及数学模型T型三电平整流器结构如图1所示.图中，Ls和Rs为交流侧电感和电阻值，C1，C2为直流侧电容，ea～ec为电网电压，ia～ic为网侧电流，idc为直流侧电流，udc1和udc2为两电容两端电压.可得T型三电平在dq坐标系下整流器交流侧的数学模型：式中，ed和eq，id和iq，ud和uq分别为dq坐标系下网压、网侧电流、整流器交流侧电压.假设开关管为理想器件，在换相过程中没有功率损失和能量储存，根据参考文献得出整流器直流侧数学模型[14]：1.2DPC控制1.2.1控制原理三电平PWM整流器DPC控制原理如图2所示，图中Sp、Sq、Sn分别为有功、无功和中点电压平衡的开关表选择信号.通过各采样信息得到中点电压和母线电压，与给定参考值比较后，通过控制器得到参考有功功率，文中给定参考无功功率为零.交流侧采样得到瞬时有功和无功功率，将有功功率和无功功率与参考的差值及中点电压偏差输入至滞环比较器中，给出开关表选择信号Sp、Sq、Sn，开关矢量表输出各开关管动作指令，实现对三电平PWM整流器的控制.1.2.2开关矢量表如图3所示，TNPC整流器的电压空间矢量有27个（V25/26/27为零矢量），空间矢量图划分为12个扇区.根据矢量在不同扇区对有功和无功功率的作用效果不同，可在不同扇区选择合适矢量实现功率控制，开关表性能的好坏将直接影响输出效果.在选择输出矢量时，...