基于数控电感的PWM整流器网侧电流改善研究

摘  要： 基于PSCAD软件建立了的仿真模型，提出了利用数控电感替代传统的电感线圈，使得电感值在线可调。仿真结果表明，合理地选择数控电感参数范围和调整增量后，既可以较好地实现电流过零点的快速跟踪，又可以达到抑制电流峰值点时谐波电流的目的。该方法在改善电能质量方面具有一定的实用价值。
关键词： 数控电感；PWM整流器；PSCAD软件；电能质量
       随着对用电设备的谐波标准越来越严格，PWM整流器的应用日益广泛。在PWM整流器的控制中，目前研究最多、应用最广且性能较为优良的方法是在d-q同步旋转坐标系下的直接电流控制。为了实现电流的无静差调节，该方法采用坐标变换将三相交流量变换成旋转坐标系中的直流量进行控制，PI调节器积分环节的直流增益为无穷大，因此电流控制的稳态误差为零。在控制结构上，通常采用双闭环控制，即电压外环和电流内环控制。其中电压外环用于控制整流器的输出电压，电流内环实现网侧电流的波形和相位控制。
     在通常的同步旋转坐标系的PI控制中，仅保证了期望的稳态性能，但不能保证在动态过程中电流的快速跟踪，因此提出了大量改进控制方案。参考文献[1]通过对影响电流动态响应速度因素进行分析，提出了利用动态过程中的无功电流来提高有功电流动态响应速度的方法。
     本文对PWM整流器在d-q同步坐标系的数学模型及控制方法进行研究的基础上，基于PSCAD软件建立了其仿真模型，通过对交流侧电感的设计进行分析，提出利用数字电感器取代传统的电感线圈，使得电感参数在运行过程中可调，从而既可以实现电流的快速跟踪，又可以达到抑制谐波电流的目的。
1 PWM整流器在d-q坐标系的数学模型及控制方法
     三相电压型PWM整流器的拓扑结构如图1所示。主电路采用IGBT与二极管反并联方式，Ls和Rs为电感的等效参数，C为直流滤波电容，RL为直流侧负载，uca、ucb、ucc为整流桥三相控制电压。通过坐标变换在同步旋转坐标系下PWM整流器的方程为[1-2]：