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基于三相整流器直接功率（DPC）控制的无锁相环电压控制在Matlab/Simulink中的复现

news 2026/3/27 0:06:59

Matlab/Simulink：基于三相整流器直接功率（DPC）控制的无锁相环电压控制（SCI1区论文复现）组成部分及功能： 1.主电路：由两电平整流器+单L滤波器+电网组成，电网为三相电，相电压有效值220 V，频率50 Hz 2.控制模块：采用电压外环，功率内环控制 3.坐标变换，仅含有电网电压abc坐标系到αβ坐标系的变换 4.调制模块，采用SVPWM，开关频率固定20kHz 5.观测模块，示波器观测，同时将数据输出到工作空间以便于画图。仿真优点有两点： 1.无需锁相环，所有的计算都是在αβ坐标系下进行的 2.开关频率固定，传统的DPC需要用到滞环比较器，从而开关频率不固定，该仿真能够固定开关频率仿真在1.5s处改变电压给定值，在2s处改变无功功率输出给定值，可以看出，仿真波形质量良好。

最近在研究SCI1区论文相关内容时，对基于三相整流器直接功率（DPC）控制的无锁相环电压控制进行了Matlab/Simulink的复现，这里跟大家分享一下具体过程和一些心得体会。

系统组成部分及功能

主电路

主电路由两电平整流器 + 单L滤波器 + 电网组成。这里电网是三相电，相电压有效值为220V，频率50Hz。在Simulink搭建主电路其实不难，以三相电源模块为例，我们可以这样设置：

% 三相电源模块设置 phaseVoltage = 220; % 相电压有效值 frequency = 50; % 频率 source = power_ACSource('Voltage magnitude',sqrt(2)*phaseVoltage, 'Frequency', frequency);

这部分代码就是设置三相电源的关键参数，相电压幅值通过sqrt(2)*phaseVoltage设置，因为我们设置的phaseVoltage是有效值，而模块需要幅值。

控制模块

采用电压外环，功率内环控制策略。这种双环控制结构能有效实现对系统的精确控制。电压外环主要负责维持输出电压的稳定，功率内环则快速跟踪功率的变化。

坐标变换

这里仅涉及电网电压abc坐标系到αβ坐标系的变换。在Matlab里，坐标变换矩阵的实现代码可以这样写：

% abc到αβ坐标变换矩阵 C_abc2alpha_beta = [2/3 -1/3 -1/3; 0 sqrt(3)/3 -sqrt(3)/3];

有了这个变换矩阵，我们就可以将abc坐标系下的电压值转换到αβ坐标系，方便后续在αβ坐标系下进行所有计算。

调制模块

采用SVPWM（空间矢量脉宽调制），开关频率固定为20kHz。SVPWM调制在Simulink中有相应的模块可以直接调用，当然我们也可以自己写代码实现其核心算法，这里简单说下思路：

% SVPWM核心算法思路 Ts = 1/20000; % 开关周期 % 计算参考电压矢量在αβ坐标系下的分量 Vref_alpha =... Vref_beta =... % 根据参考电压矢量确定所在扇区 sector = determineSector(Vref_alpha, Vref_beta); % 计算各个开关状态的作用时间 T1 =... T2 =... T0 = Ts - T1 - T2; % 生成SVPWM波 svpwmWave = generateSVPWM(T0, T1, T2, sector);

这段代码只是简单的框架，实际实现中determineSector和generateSVPWM函数需要根据SVPWM原理具体编写。

观测模块

通过示波器观测，同时将数据输出到工作空间以便于画图。在Simulink中，添加一个To Workspace模块就可以很方便地将信号数据输出到Matlab工作空间，方便后续用plot等函数进行绘图分析。

仿真优点

无需锁相环：所有的计算都是在αβ坐标系下进行的。传统的一些方法依赖锁相环来获取电网相位信息，而这里摆脱了锁相环，简化了系统结构，也提高了系统的稳定性和响应速度。
开关频率固定：传统的DPC需要用到滞环比较器，从而开关频率不固定。但这次仿真能够固定开关频率为20kHz，这有利于滤波器的设计和系统的电磁兼容性。