单相PWM整流器虚拟矢量控制策略能够实现电流有功分量和无功分量的独立控制，受到国内外学者的广泛研究。但是传统的构建虚拟矢量（OSG）会影响系统的动态响应和稳态性能，且鲜有文献推导耦合项对系统性能的影响。

本文提出一种考虑耦合项的单相PWM整流器虚拟矢量构建方法，将数字锁相环中广泛使用的二阶广义积分器（SOGI）引入虚拟矢量控制策略中，并简单介绍单相PWM整流器虚拟矢量控制策略的工作原理，推导出单相PWM整流器虚拟矢量控制策略在静止坐标系中的等效模型，将虚拟矢量控制策略与比例谐振控制策略进行比较分析，并基于该模型对不同OSG方法和解耦方式对系统性能的影响进行深入的对比分析，最后搭建基于Matlab/Simulink的单相PWM整流器仿真模型和实验平台，对所提控制策略和其他基于虚拟正交分量的矢量控制策略进行对比分析，验证所提控制策略的正确性和有效性。

单相PWM整流器具有四象限运行、谐波性能良好的优势，在许多工业应用场合受到了极大的关注。单相PWM整流器的性能与其控制策略密切相关，已有大量的文献对单相PWM整流器的控制策略进行了研究。一般情况下，单相PWM整流器采用电压外环电流内环的双闭环控制策略，电压外环控制直流侧电压的大小和功率流向，电流内环控制网侧电流的幅值与相位，实现单位功率因数运行。

由于内环的电流参考值为正弦交流信号，常用的PI控制器难以实现对交流量的无静差跟踪，因此学者们针对电流的无静差跟踪采用预测控制、重复控制、比例谐振（Proportion Resonant, PR）控制、虚拟矢量控制等多种控制策略。

虚拟矢量控制是类比于三相PWM整流器电流控制中采用的矢量控制策略提出的。三相PWM整流器中，三相电流经过坐标变换可得到相互耦合的有功分量和无功分量，经过解耦后能够利用PI调节器实现对电流的有功分量和无功分量进行独立控制。但是在单相PWM整流器中，只有一个自由度，不能直接通过坐标变换来实现有功电流和无功电流的解耦控制，需要构建一个额外的虚拟自由度进行坐标变换实现矢量控制。

许多学者就虚拟正交信号（Orthogonal Signals Generators, OSG）的构建提出了不同的方法，包括延时法、全通滤波器法、状态观测器法和微分法等，这些方法都能够构建出一相滞后电流信号的正交信号，使得单相PWM整流器能够进行虚拟矢量控制。但是这些OSG方法的使用对系统控制的动态和谐波性能都有一定的削弱，但鲜有文献进行分析。文献[14]推导了单相PWM整流器虚拟矢量控制策略在静态坐标系中的等效控制模型，但是忽略了OSG方法与矢量控制中的解耦项对系统性能的影响。

在数字锁相环中，二阶广义积分器（Second Order Generalized Integrator, SOGI）用于构建正交分量，因此本文将SOGI用于单相PWM整流器中虚拟矢量构建，利用SOGI的滤波性能减少电流谐波对虚拟正交分量的影响，改善系统的谐波性能，并在文献[14]的基础上推导了一种考虑耦合项的单相PWM整流器虚拟矢量控制策略的等效控制模型，分析和比较了不同OSG方法和常用的反馈解耦、前馈解耦等方式对系统的动态和稳态谐波性能的影响。并通过搭建Matlab/Simulink仿真模型和搭建实验平台验证了本文对单相PWM整流器虚拟矢量控制策略分析的正确性。


图2  单相PWM整流桥虚拟矢量控制策略控制框图

总结
本文介绍了单相PWM整流器虚拟矢量控制策略基本原理，推导了虚拟矢量控制策略在静止坐标系下的等效模型，分析了不同QSG方法和解耦方式对系统的稳态谐波性能和动态性能的影响。分析并得出如下结论：
1）单相PWM桥虚拟矢量控制与PR控制具有相近的控制效果。但是虚拟矢量控制能够实现有功与无功的单独控制，可OSG方法的引入会影响系统的控制性能，设计控制器参数时需要考虑OSG方法对系统增益的影响。
2）与PR控制策略相比，虚拟矢量控制策略的解耦部分会引入3次谐波，稳态谐波性能会较差。
3）系统的稳态谐波性能与系统解耦方式有关。前馈解耦时，电流质量受到OSG方法影响较小，反馈解耦时，电网电流的质量受到OSG的方法影响较大，尤其是部分对谐波比较敏感的OSG方法，例如，DIF法和Observer法会放大电流的谐波分量。而几种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谐波分量。