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單相PWM整流器虛擬矢量控制策略能夠實現電流有功分量和無功分量的獨立控制，受到國內外學者的廣泛研究。但是傳統的構建虛擬矢量（OSG）會影響系統的動態響應和穩態性能，且鮮有文獻推導耦合項對系統性能的影響。

本文提出一種考慮耦合項的單相PWM整流器虛擬矢量構建方法，將數字鎖相環中廣泛使用的二階廣義積分器（SOGI）引入虛擬矢量控制策略中，并簡單介紹單相PWM整流器虛擬矢量控制策略的工作原理，推導出單相PWM整流器虛擬矢量控制策略在靜止坐標系中的等效模型，將虛擬矢量控制策略與比例諧振控制策略進行比較分析，并基于該模型對不同OSG方法和解耦方式對系統性能的影響進行深入的對比分析，最后搭建基于Matlab/Simulink的單相PWM整流器仿真模型和實驗平臺，對所提控制策略和其他基于虛擬正交分量的矢量控制策略進行對比分析，驗證所提控制策略的正確性和有效性。

單相PWM整流器具有四象限運行、諧波性能良好的優勢，在許多工業應用場合受到了極大的關注。單相PWM整流器的性能與其控制策略密切相關，已有大量的文獻對單相PWM整流器的控制策略進行了研究。一般情況下，單相PWM整流器采用電壓外環電流內環的雙閉環控制策略，電壓外環控制直流側電壓的大小和功率流向，電流內環控制網側電流的幅值與相位，實現單位功率因數運行。

由于內環的電流參考值為正弦交流信號，常用的PI控制器難以實現對交流量的無靜差跟蹤，因此學者們針對電流的無靜差跟蹤采用預測控制、重復控制、比例諧振（Proportion Resonant, PR）控制、虛擬矢量控制等多種控制策略。

虛擬矢量控制是類比于三相PWM整流器電流控制中采用的矢量控制策略提出的。三相PWM整流器中，三相電流經過坐標變換可得到相互耦合的有功分量和無功分量，經過解耦后能夠利用PI調節器實現對電流的有功分量和無功分量進行獨立控制。但是在單相PWM整流器中，只有一個自由度，不能直接通過坐標變換來實現有功電流和無功電流的解耦控制，需要構建一個額外的虛擬自由度進行坐標變換實現矢量控制。

許多學者就虛擬正交信號（Orthogonal Signals Generators, OSG）的構建提出了不同的方法，包括延時法、全通濾波器法、狀態觀測器法和微分法等，這些方法都能夠構建出一相滯后電流信號的正交信號，使得單相PWM整流器能夠進行虛擬矢量控制。但是這些OSG方法的使用對系統控制的動態和諧波性能都有一定的削弱，但鮮有文獻進行分析。文獻[14]推導了單相PWM整流器虛擬矢量控制策略在靜態坐標系中的等效控制模型，但是忽略了OSG方法與矢量控制中的解耦項對系統性能的影響。

在數字鎖相環中，二階廣義積分器（Second Order Generalized Integrator, SOGI）用于構建正交分量，因此本文將SOGI用于單相PWM整流器中虛擬矢量構建，利用SOGI的濾波性能減少電流諧波對虛擬正交分量的影響，改善系統的諧波性能，并在文獻[14]的基礎上推導了一種考慮耦合項的單相PWM整流器虛擬矢量控制策略的等效控制模型，分析和比較了不同OSG方法和常用的反饋解耦、前饋解耦等方式對系統的動態和穩態諧波性能的影響。并通過搭建Matlab/Simulink仿真模型和搭建實驗平臺驗證了本文對單相PWM整流器虛擬矢量控制策略分析的正確性。


圖2  單相PWM整流橋虛擬矢量控制策略控制框圖

總結
本文介紹了單相PWM整流器虛擬矢量控制策略基本原理，推導了虛擬矢量控制策略在靜止坐標系下的等效模型，分析了不同QSG方法和解耦方式對系統的穩態諧波性能和動態性能的影響。分析并得出如下結論：
1）單相PWM橋虛擬矢量控制與PR控制具有相近的控制效果。但是虛擬矢量控制能夠實現有功與無功的單獨控制，可OSG方法的引入會影響系統的控制性能，設計控制器參數時需要考慮OSG方法對系統增益的影響。
2）與PR控制策略相比，虛擬矢量控制策略的解耦部分會引入3次諧波，穩態諧波性能會較差。
3）系統的穩態諧波性能與系統解耦方式有關。前饋解耦時，電流質量受到OSG方法影響較小，反饋解耦時，電網電流的質量受到OSG的方法影響較大，尤其是部分對諧波比較敏感的OSG方法，例如，DIF法和Observer法會放大電流的諧波分量。而幾種OSG方法中，本文提出的SOGI法能很好地抑制除基波以外的其他所有諧波分量。