单相PWM整流器的特定谐波改善控制方法.pdf

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～格、岛s。=砝s。=砖单相PWM整流器的特定谐波改善控制方法刘志敏宋文胜冯晓云刊dcRL【嘭￡量胡2008年第27卷第12期2单相PWM整流器的工作原理互补；整流器输入端电压“。。取值有u¨0和一Ⅱ。。三种电平，有效的开关组合有22种，即s。S：=00、(西南交通大学电气工程学院摘针对大功率应用场合的单相PWM整流器，为了实现其网侧电流正弦化、减少网侧电流3次谐波含量和提高输入端功率因数，探讨了一种适用于单相PWM整流器的网侧电流3次谐波抑制方法。首先分析了单相PWM整流器的工作原理和网侧电流的3次谐波产生原因，并将该新型谐波抑制方法与常规控制算法进行了对比。计算和仿真实验表明该新型控制算法能够有效抑制网侧电流的3次谐波，并降低总谐波畸变率。关键词PWM整流器特定谐波改善功率因数总谐波畸变率芦I古图2所示。电网中由电力电子装置等带来的谐波污染越来越严重，危害也越来越大，消除谐波污染并提高功率因数已成为电力电子技术中的一个热门研究方向¨’2]。在中小型功率应用场合，开关器件承受较小电压和电流。中小型功率开关器件的开关频率已达到10MHz，采用常用的PWM调制技术，可基本满足国际谐波要求(IECl000一3—2)。然而在大功率应用场合，如在电力机车牵引系统和油田开采的电传动系统中，需要大功率电力电子装置，由于其开关频率较低，大功率的GTO和IGBT的开关频率都限制在1—2kHz左右，所以采用这些器件的电力电子装置对电网造成谐波污染较大。降低大功率电力电子装置带来的谐波污染，只有通过研制高频的大功率开关器件和改进控制算法两种途径来实现。单相PWM整流器在不间断电源UPS和电力机车交流传动系统凹刮中已得到广泛的应用，本文主要以单相PWM整流器为研究对象，探讨了一种新型抑制整流器网侧电流的谐波控制方法。通过计算机仿真，将常规的控制算法∞3与该新型的谐波抑制算法进行了对比，表明了该谐波抑制算法的优越性。单相PWM整流器的电路图如图1所示。为了便于分析，定义理想开关函数s。和s。如式(1)和式(2)，采用理想开关等效后，其等效电路如V。导通，V：关断V。关断，V：导通V，导通，V。关断V，关断，V。导通(1)由于上桥臂与下桥臂不能够出现直通，则V，与V：、V，与V。不能同时导通，其驱动信号应该0l、10和11四种逻辑，则整流器输入端电压Ⅱ。。有如下关系610031)要(2)图1单相PWM整流器主电路图丁I目图2PWM整流器的开关等效图．．——45·-——1工lL+
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’udc--竽等—■溺永广吁￡警瑚。‰P。碱。¨c。Udo警c^。警川，-cos(2wm。s㈤，u．=￡面di,+她+(s。一Sb)“。。嘭：量tlj单相整流器谐波产生机理“．=√2U。C08i．=扭-／nCOS(wt一0)i?的幅值，锁相环(PLL)检测网侧电源电压得侧电流i?，目前常采用的控制策略有滞环电流控单相PWM整流器的特定谐波消除原理“Ih=(S。一．sb)Mdc(3)该PWM整流器的控制原理为：通过不同的控制方法适当调节u。。有效值的大小，控制输入电流的相位以控制系统功率因数；调节“。。的相位，控制输入电流的大小以控制输入功率变换的能量，从而控制直流侧输出电压。因此，通常采用电压外环和电流内环相结合的双闭环控制方式。PWM整流器等值电路的电压平衡方程为(4)将式(3)代入式(4)可得(5)假设整流器网侧电源电压和电流分别为(6)(7)式中，￡，。和L分别为网侧电源电压和电流的有效值；0为电流滞后电压的相位角，当整流器工作在整流模式时，0：0。，当整流器工作在再生模式时，输入功率为mtcos(wt一0)(8)由于0为00或180。，式(8)可化简为0+U。／．cos(2wt)C08(9)式中，U。_，。COS0为稳态量；U。I,cos(2wt)COS0为波动量。由图1可知，采用平均状态等效模型，瞬态输出端的功率表示为’(10)式中，乩。和丘分别为输出电压Ⅱ。。和电流屯的平均值；五。。为电压M。。的波动值。假设开关器件均为理想模型，在换相过程中没有功率损失和能量储存，则交流侧与直流侧瞬时功率应当相等，即(11)则输入与输出对应的稳态量相等，波动量也相等，联立式(9)、式(10)和式(11)，可得(12)一46——实际的直流侧输出电压Udc可以表示为U。，。sin(2wt)COS(14)直流侧输出电压含有两倍电网频率的纹波，传统PWM整流器采用的双闭环控制原理如图3所示。电压外环采用PI控制器使得实际的直流侧电压u扎跟踪给定的直流侧电压值“二，从而保持直流侧电压稳定。PI控制器的输出为网侧电流给定值到的相位和频率作为给定值fj的相位和频率，与电源电压同频同相的ij是电流内环的输入信号。电流内环主要使实际的网侧电流i。跟踪给定的网制、瞬态电流控制