摘要：分析了電壓型 PWM 整流器的雙閉環解耦控制原理。針對 PI 控制條件下電網擾動與負載擾動對直流側電壓動態波形影響較大的特點，引入了帶負載電流前饋的控制方案，有效的提高了系統抗干擾性能。最后，在 PSCAD 仿真環境下，建立了系統的仿真模型，進行了仿真分析和研究，驗證了方案的正確性和可行性。
關鍵詞：PWM 整流器,雙閉環,負載擾動,電網擾動,負載前饋,PSCAD仿真
1. 引言
隨著電力電子技術的發展， PWM 整流器技術已經日趨成熟，相較于二極管不可控整流與晶閘管的半控整流，電壓型 PWM 整流器具有網側電流低諧波、單位功率因數、 能量雙向流動及恒定直流電壓控制等優點，日益引起人們的關注。現已開始被廣泛應用于單位功率因數整流、工業直流電源、交流傳動等工業領域，又由于其網側呈現為電流源特性，故還常常被擴展到電能質量與可再生能源發電方面等方面[1]。
然而在 PWM 整流器的應用過程中，負載變化一般較為劇烈，電網有時也會發生電壓波動，這都會影響到直流側電壓，使其動態過程發生較大偏差，不利于系統穩定運行。文中在原有的電壓電流雙閉環的基礎上添加了負載電流前饋控制技術，并在 PSCAD/EMTDC環境下進行了仿真研究，結果證明整流器的抗負載和電網電壓擾動能力有了很好的改善。
2. 三相 PWM 整流器的數學模型
為描述能量的雙向傳輸，直流側負載通常由 RL和直流電動勢 eL串聯表示。為分析方便，首先定義單極性二值開關函數 Sk(k=a,b,c)，當 Sk=1 時，表示上橋臂導通，下橋臂關斷，當 Sk=0 時表示下橋臂導通，上橋臂關斷，由 VSR 拓撲可得：
3. 負載側電流前饋控制
令 m 為 SPWM 調制比，結合式(3) 、 (4)可知電壓環結構圖為圖 5 所示，當 iL出現變化時，首先會使 udc偏離于給定值， 然后系統才開始調節， 且 PI 環節具有滯后性，會導致 udc動態過程出現較大偏差。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輸入輸出功率達到平衡[2,3,4]。忽略線路損耗和開關損耗，有：
4. 主電路參數設計
4.1 直流側母線電壓
由 PWM 整流器原理可知，PWM 整流器交流輸入側線電壓為幅值與直流側電壓相等的 PWM 波，為保證交流側不含有低次諧波，直流母線側電壓必須大于輸入側線電壓基波的峰值[5]。文中采用 SPWM 調制方式，
4.2 交流側電感計算
電感的選取對交流側電流影響非常大。交流側電感如果選取偏小，雖然可以提高響應速度，但會增加交流側電流高次諧波的含量，如果選取過大，則會降低電流動態響應速度，而且對直流側電容要求增加。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擾動的效果進行了仿真對比和分析。 圖 10 為負載突變時網側和直流側相關波形， 在 2.0s 時負載斷開， 為空載運行， 在 2.3s 時負載又由空載變為滿載。 通過對比可以看出，加入負載電流前饋后電壓動態響應更迅速，且超調更小。
6. 結論
由實驗結果可知：本文所采用的 PWM 整流器設計方法能夠達到很好的效果，達到單位功率因數運行，且直流側輸出電壓穩定。加入負載電流前饋后，可明顯改善其抗干擾能力，在負載擾動和電網擾動的情況下，直流側電壓波動佷小，所需恢復時間非常短，且交流側始終保持同相位。
參考文獻
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[5]王曉東.雙向PWM整流器設計與研究[D].武漢: 武漢理工大學自動化學院.2007
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[7]黃志玲,柴濟民,李鋼.PSCAD/EMTDC 與直流控制模型接口研究[J].江蘇電機工程,2008(5).
作者簡介：
鄭詩程(1972-) ，男，博士，教授，安徽工業大學電氣工程系主任， 主要研究方向為新能源發電技術、電力電子功率變換技術等。黃加虎(1989-) ，男，檢測技術及其自動化專業碩士研究生。
