單相PWM整流器諧波電流抑制算法研究.pdf

1、單相PWM整流器以高功率因數(shù)、低諧波含量以及能量可以雙向流動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于新能源發(fā)電以及交流傳動(dòng)等領(lǐng)域。盡管與二極管整流相比，PWM整流器電網(wǎng)電流中的諧波含量大大降低，然而并不能完全消除，并受到各種因素的影響。隨著PWM整流器的廣泛應(yīng)用，對(duì)提高其注入電網(wǎng)電流質(zhì)量的研究受到越來(lái)越多的關(guān)注。
　　首先建立了單相PWM整流器的數(shù)學(xué)模型，分析了直流電壓脈動(dòng)、電壓諧波、電網(wǎng)電流預(yù)測(cè)誤差以及電網(wǎng)參數(shù)對(duì)電網(wǎng)電流的影響。對(duì)于直流電壓脈動(dòng)引起的

2、諧波電流，可以通過(guò)設(shè)置直流電壓采樣陷波器的方法，濾除進(jìn)入控制環(huán)路中的二次脈動(dòng)分量，抑制對(duì)電流環(huán)的影響。PWM脈寬調(diào)制及死區(qū)產(chǎn)生的諧波和電網(wǎng)電壓諧波，均可以通過(guò)加入重復(fù)控制器或者諧振控制器的方法，提高PWM整流器在諧波頻率處的輸入阻抗，減小電網(wǎng)電流中的諧波含量。
　　在光伏發(fā)電領(lǐng)域，單相PWM整流器主要用于小功率光伏并網(wǎng)逆變器，功率等級(jí)通常在5kW以下，開關(guān)頻率在10kHz-20kHz之間，控制周期較短。針對(duì)單相光伏并網(wǎng)逆變器電流環(huán)

3、具有較寬的帶寬，以及重復(fù)控制數(shù)據(jù)運(yùn)算量較小的特點(diǎn)，提出了采用無(wú)差拍控制和重復(fù)控制相結(jié)合的方法抑制電壓諧波對(duì)電網(wǎng)電流的影響。分析了重復(fù)控制器參數(shù)對(duì)電流環(huán)魯棒性以及動(dòng)態(tài)性能的影響，給出了重復(fù)控制器參數(shù)的設(shè)計(jì)方法。研究表明較小的重復(fù)控制器增益系數(shù)有利于提高電流環(huán)的魯棒性，并減小電網(wǎng)電流幅值階躍變化時(shí)的畸變，但基波電流跟蹤速度較慢。
　　交流傳動(dòng)電力機(jī)車輔助供電系統(tǒng)中，單相PWM整流器的功率為上百千瓦，開關(guān)頻率通常為2kHz-5kHz。開

4、關(guān)頻率的下降使電流環(huán)帶寬變窄，但是控制周期變長(zhǎng)，因而可采用帶諧波補(bǔ)償器的比例諧振控制，提高PWM整流器在諧波頻率處的輸入阻抗。由于基波和諧波諧振控制器具有不同的系數(shù)，提出了分別設(shè)置基波和諧波諧振控制器系數(shù)的方法，得到快速的基波電流動(dòng)態(tài)響應(yīng)，并達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)抑制諧波電流的目的。目前諧波補(bǔ)償器多采用并聯(lián)式，即多個(gè)諧波頻率處諧振控制器相加的形式。然而并聯(lián)式諧波補(bǔ)償器的設(shè)計(jì)方法難以直觀的配置電流環(huán)零極點(diǎn)在z平面的位置，提出了級(jí)聯(lián)式諧波補(bǔ)償器基于z域

5、的根軌跡設(shè)計(jì)方法，能夠靈活配置電流環(huán)的零極點(diǎn)分布。從而保證穩(wěn)態(tài)工作時(shí)諧波比例諧振控制器對(duì)諧波電壓的抑制作用，動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)不會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)電流畸變，同時(shí)使基波電流能夠快速跟蹤指令值。
　　交流傳動(dòng)電力機(jī)車的主牽引系統(tǒng)中，單相PWM整流器的功率為兆瓦級(jí)，兩電平單相PWM整流器開關(guān)頻率通常不到1kHz，使電流環(huán)的帶寬進(jìn)一步減小。并且由于數(shù)字控制系統(tǒng)存在控制延時(shí)，導(dǎo)致電流環(huán)性能變差。為了提高電流環(huán)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，通常采用預(yù)測(cè)電流控制。分析了傳統(tǒng)

6、的開環(huán)電流預(yù)測(cè)誤差對(duì)電網(wǎng)電流諧波的影響，而電網(wǎng)電流預(yù)測(cè)誤差導(dǎo)致的電網(wǎng)諧波電流無(wú)法通過(guò)電流環(huán)前向通道中加入內(nèi)模進(jìn)行抑制。針對(duì)這一問(wèn)題，提出了采用重復(fù)觀測(cè)器對(duì)電網(wǎng)電流進(jìn)行預(yù)測(cè)的閉環(huán)電流預(yù)測(cè)算法，通過(guò)提高電網(wǎng)電流預(yù)測(cè)的精度，從而減小電網(wǎng)電流諧波含量。給出了電網(wǎng)電流重復(fù)觀測(cè)器的設(shè)計(jì)方法，分析了重復(fù)觀測(cè)器以及整個(gè)電流環(huán)的穩(wěn)定性。
　　電氣化鐵路的牽引網(wǎng)專門為交流傳動(dòng)電力機(jī)車供電，電網(wǎng)與電力機(jī)車網(wǎng)側(cè)PWM整流器形成級(jí)聯(lián)系統(tǒng)。盡管單相PWM整流