基于數(shù)控電感的PWM整流器網(wǎng)側(cè)電流改善研究

引言

隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，PWM(脈沖寬度調(diào)制)整流器因其高效、可控性強等優(yōu)點，在電力系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。然而，傳統(tǒng)的PWM整流器在網(wǎng)側(cè)電流控制方面仍存在一些問題，如電流過零點跟蹤速度慢、諧波電流抑制效果不理想等。針對這些問題，本文提出了一種基于數(shù)控電感的PWM整流器網(wǎng)側(cè)電流改善方法，并通過PSCAD軟件進行了仿真驗證。

PWM整流器的基本原理

PWM整流器是一種通過控制開關(guān)器件的通斷，將交流電轉(zhuǎn)換為直流電的電力電子設(shè)備。其基本工作原理是將正弦信號波與三角波進行比較，通過PWM控制信號調(diào)節(jié)開關(guān)器件的通斷，從而在整流橋的交流輸入端產(chǎn)生正弦調(diào)制波。該調(diào)制波經(jīng)過濾波電感后，得到較為平滑的直流電輸出。

在PWM整流器的控制中，最經(jīng)典且應(yīng)用廣泛的方法是基于d-q同步旋轉(zhuǎn)坐標系的直接電流控制。該方法通過坐標變換將三相交流量變換成旋轉(zhuǎn)坐標系中的直流量進行控制，利用PI調(diào)節(jié)器實現(xiàn)電流的無靜差調(diào)節(jié)。在控制結(jié)構(gòu)上，通常采用電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制，其中電壓外環(huán)用于控制整流器的輸出電壓，電流內(nèi)環(huán)則實現(xiàn)網(wǎng)側(cè)電流的波形和相位控制。

數(shù)控電感在PWM整流器中的應(yīng)用

數(shù)控電感的概念

數(shù)控電感是一種通過數(shù)字控制實現(xiàn)電感值在線可調(diào)的電感器。與傳統(tǒng)的電感線圈相比，數(shù)控電感具有更高的靈活性和可調(diào)性，可以根據(jù)實際運行需求實時調(diào)整電感值，從而優(yōu)化系統(tǒng)性能。

數(shù)控電感在PWM整流器中的優(yōu)勢

在PWM整流器的網(wǎng)側(cè)電流控制中，電感的設(shè)計對電流的動態(tài)響應(yīng)和諧波抑制效果具有重要影響。傳統(tǒng)的電感線圈一旦確定，其電感值便無法改變，難以滿足復雜多變的運行需求。而數(shù)控電感則可以通過數(shù)字控制實時調(diào)整電感值，從而在保證電流快速跟蹤的同時，有效抑制諧波電流。

基于數(shù)控電感的PWM整流器網(wǎng)側(cè)電流改善方法

仿真模型建立

本文基于PSCAD軟件建立了PWM整流器的仿真模型。該模型采用電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)，通過坐標變換將三相交流量變換成d-q坐標系中的直流量進行控制。在仿真模型中，將傳統(tǒng)的電感線圈替換為數(shù)控電感，以實現(xiàn)電感值的在線可調(diào)。

數(shù)控電感參數(shù)設(shè)計

為了實現(xiàn)電流的快速跟蹤和諧波抑制，需要合理設(shè)計數(shù)控電感的參數(shù)范圍和調(diào)整增量。在仿真過程中，通過多次試驗和數(shù)據(jù)分析，確定了數(shù)控電感的最佳參數(shù)范圍和調(diào)整策略。具體來說，當電流過零點時，電感值應(yīng)足夠小以實現(xiàn)快速跟蹤;而在電流峰值處，電感值應(yīng)足夠大以抑制諧波電流。

仿真結(jié)果分析

仿真結(jié)果表明，采用數(shù)控電感后，PWM整流器的網(wǎng)側(cè)電流性能得到了顯著改善。具體表現(xiàn)為：

電流快速跟蹤：在電流過零點處，數(shù)控電感能夠迅速調(diào)整電感值，使電流快速跟蹤參考值，提高了系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度。

諧波抑制：在電流峰值處，數(shù)控電感通過增大電感值，有效抑制了諧波電流的產(chǎn)生，降低了電流畸變率，提高了電能質(zhì)量。

穩(wěn)定性提升：數(shù)控電感的應(yīng)用使得PWM整流器在不同工況下均能保持良好的穩(wěn)定性，提高了系統(tǒng)的魯棒性。

實際應(yīng)用價值

基于數(shù)控電感的PWM整流器網(wǎng)側(cè)電流改善方法在實際應(yīng)用中具有廣泛的推廣價值。該方法不僅可以提高PWM整流器的性能，降低諧波污染，還可以為其他電力電子設(shè)備的電流控制提供新的思路和技術(shù)支持。隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控電感等新型元器件的出現(xiàn)將進一步推動電力電子設(shè)備的智能化和高效化。

結(jié)論

本文提出了一種基于數(shù)控電感的PWM整流器網(wǎng)側(cè)電流改善方法，并通過PSCAD軟件進行了仿真驗證。仿真結(jié)果表明，該方法能夠顯著提高PWM整流器的網(wǎng)側(cè)電流性能，實現(xiàn)電流的快速跟蹤和諧波抑制。該方法在改善電能質(zhì)量、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性等方面具有顯著的實用價值，為電力電子設(shè)備的電流控制提供了新的思路和技術(shù)支持。未來，隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，基于數(shù)控電感的PWM整流器將在更多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用和推廣。