随着风力发电机和新能源汽车的发展,能源变换系统对整流器提出了功率密度高、可靠性性高,稳态性能平稳和动态性能快的要求。PWM整流器具有能量双向流动,功率因数和输出电压可控,谐波电流小的优点,因此适用于风力发电机和新能源汽车驱动器的“背靠背”能源变换系统。本文致力于研究改善三相PWM整流器直流侧输出电压的动态性能,并与传统电压PI环的控制策略进行对比。提出应用于三相PWM整流器的电容电荷平衡控制策略。针对电网电压定向控制和直接功率控制受电压环PI参数影响,输出电压动态响应慢的特点进行优化。电容电荷平衡控制被提出改善直流变换器输出电压动态性能,转矩冲量平衡控制能够提高永磁同步电机输出转速的动态性能。本文对三相PWM整流器直流侧负载突变后,输出电压和有功功率的调节过程进行研究,直流侧负载突变后电容电荷量不变,又结合电机系统的转矩冲量平衡控制思想,推导出适用于三相整流器电容电荷平衡控制方程,得到动态过程输出电压和有功功率的理想波形,输出电压只需要经过一次跌落和一次上升即可达到稳态,所得到空间电压矢量的发送方式即最优的矢量组合方式。实现了动态过程中直流侧输出电压的快速跟踪,优化了三相电压型PWM整流器的动态性能。研究电容电荷平衡控制策略与模型预测控制的动态性能比较。相比于直接功率控制,模型预测控制采用目标函数取代传统的开关矢量表,鲁棒性好,且能够实现内环功率环的最快动态调节。电容电荷平衡控制策略在本质上也属于模型预测控制,与传统的预测控制不同,传统的预测控制仍采用电压环PI调节器,由于PI控制器线性输出的特点,在动态调节过程输出量呈阶梯状,而三相整流器系统的惯性常数通常较小,被控量通常在单个控制周期能够快速跟踪到PI输出的给定值,因此整流器的有功功率分量在相邻控制周期的动态过程存在超调振荡现象,有功电流无法一直增大,导致直流侧电容不能以最快速度充电。而电容电荷平衡控制策略是针对三相整流器系统电压环和功率环的预测控制,在稳态时仍然采用传统的直接功率控制,而在直流侧负载突变后进入电容电荷平衡控制,控制算法结合三相整流器的数学模型与负载突变量,得到使得输出有功功率增大和减小的占空比,输出电压只需要经过一次下降一次上升即可达到稳态,与传统电压PI环控制策略相比,电容电荷平衡控制具有更快的动态响应速度。最后,本文搭建了三相整流器整流器平台,设计了基于DSP的数字控制系统、三相半桥功率变换器,通过仿真和实验验证了该非线性控制策略的有效性和可行性。