摘要：分析了電壓型 PWM 整流器的雙閉環(huán)解耦控制原理。針對 PI 控制條件下電網(wǎng)擾動與負載擾動對直流側(cè)電壓動態(tài)波形影響較大的特點，引入了帶負載電流前饋的控制方案，有效的提高了系統(tǒng)抗干擾性能。最后，在 PSCAD 仿真環(huán)境下，建立了系統(tǒng)的仿真模型，進行了仿真分析和研究，驗證了方案的正確性和可行性。
關(guān)鍵詞：PWM 整流器,雙閉環(huán),負載擾動,電網(wǎng)擾動,負載前饋,PSCAD仿真
1. 引言
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展， PWM 整流器技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，相較于二極管不可控整流與晶閘管的半控整流，電壓型 PWM 整流器具有網(wǎng)側(cè)電流低諧波、單位功率因數(shù)、 能量雙向流動及恒定直流電壓控制等優(yōu)點，日益引起人們的關(guān)注。現(xiàn)已開始被廣泛應(yīng)用于單位功率因數(shù)整流、工業(yè)直流電源、交流傳動等工業(yè)領(lǐng)域，又由于其網(wǎng)側(cè)呈現(xiàn)為電流源特性，故還常常被擴展到電能質(zhì)量與可再生能源發(fā)電方面等方面[1]。
然而在 PWM 整流器的應(yīng)用過程中，負載變化一般較為劇烈，電網(wǎng)有時也會發(fā)生電壓波動，這都會影響到直流側(cè)電壓，使其動態(tài)過程發(fā)生較大偏差，不利于系統(tǒng)穩(wěn)定運行。文中在原有的電壓電流雙閉環(huán)的基礎(chǔ)上添加了負載電流前饋控制技術(shù)，并在 PSCAD/EMTDC環(huán)境下進行了仿真研究，結(jié)果證明整流器的抗負載和電網(wǎng)電壓擾動能力有了很好的改善。
2. 三相 PWM 整流器的數(shù)學(xué)模型
為描述能量的雙向傳輸，直流側(cè)負載通常由 RL和直流電動勢 eL串聯(lián)表示。為分析方便，首先定義單極性二值開關(guān)函數(shù) Sk(k=a,b,c)，當 Sk=1 時，表示上橋臂導(dǎo)通，下橋臂關(guān)斷，當 Sk=0 時表示下橋臂導(dǎo)通，上橋臂關(guān)斷，由 VSR 拓撲可得：
3. 負載側(cè)電流前饋控制
令 m 為 SPWM 調(diào)制比，結(jié)合式(3) 、 (4)可知電壓環(huán)結(jié)構(gòu)圖為圖 5 所示，當 iL出現(xiàn)變化時，首先會使 udc偏離于給定值， 然后系統(tǒng)才開始調(diào)節(jié)， 且 PI 環(huán)節(jié)具有滯后性，會導(dǎo)致 udc動態(tài)過程出現(xiàn)較大偏差。為了提高直流母線抗干擾能力， 就需要加入負載電流前饋補償，使得整流器交直流側(cè)輸入輸出功率達到平衡[2,3,4]。忽略線路損耗和開關(guān)損耗，有：
4. 主電路參數(shù)設(shè)計
4.1 直流側(cè)母線電壓
由 PWM 整流器原理可知，PWM 整流器交流輸入側(cè)線電壓為幅值與直流側(cè)電壓相等的 PWM 波，為保證交流側(cè)不含有低次諧波，直流母線側(cè)電壓必須大于輸入側(cè)線電壓基波的峰值[5]。文中采用 SPWM 調(diào)制方式，
4.2 交流側(cè)電感計算
電感的選取對交流側(cè)電流影響非常大。交流側(cè)電感如果選取偏小，雖然可以提高響應(yīng)速度，但會增加交流側(cè)電流高次諧波的含量，如果選取過大，則會降低電流動態(tài)響應(yīng)速度，而且對直流側(cè)電容要求增加。由電流跟蹤信號分別在電壓峰值附近，和過零點附近變化率都小于限定值推導(dǎo)出電感的取值范圍為[1]：
為驗證本文提出的帶負載電流前饋控制的抗擾動效果，分別對兩種控制策略下的負載擾動和電網(wǎng)擾動的效果進行了仿真對比和分析。 圖 10 為負載突變時網(wǎng)側(cè)和直流側(cè)相關(guān)波形， 在 2.0s 時負載斷開， 為空載運行， 在 2.3s 時負載又由空載變?yōu)闈M載。 通過對比可以看出，加入負載電流前饋后電壓動態(tài)響應(yīng)更迅速，且超調(diào)更小。
6. 結(jié)論
由實驗結(jié)果可知：本文所采用的 PWM 整流器設(shè)計方法能夠達到很好的效果，達到單位功率因數(shù)運行，且直流側(cè)輸出電壓穩(wěn)定。加入負載電流前饋后，可明顯改善其抗干擾能力，在負載擾動和電網(wǎng)擾動的情況下，直流側(cè)電壓波動佷小，所需恢復(fù)時間非常短，且交流側(cè)始終保持同相位。
參考文獻
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作者簡介：
鄭詩程(1972-) ，男，博士，教授，安徽工業(yè)大學(xué)電氣工程系主任， 主要研究方向為新能源發(fā)電技術(shù)、電力電子功率變換技術(shù)等。黃加虎(1989-) ，男，檢測技術(shù)及其自動化專業(yè)碩士研究生。
