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等優(yōu)點，廣泛應用于新能源發(fā)電以及交流傳動等領域。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整流器的廣泛應用，對提高其注入電網(wǎng)電流質(zhì)量的研究受到越來越多的關注。
　　首先建立了單相PWM整流器的數(shù)學模型，分析了直流電壓脈動、電壓諧波、電網(wǎng)電流預測誤差以及電網(wǎng)參數(shù)對電網(wǎng)電流的影響。對于直流電壓脈動引起的

2、諧波電流，可以通過設置直流電壓采樣陷波器的方法，濾除進入控制環(huán)路中的二次脈動分量，抑制對電流環(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，均可以通過加入重復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，功率等級通常在5kW以下，開關頻率在10kHz-20kHz之間，控制周期較短。針對單相光伏并網(wǎng)逆變器電流環(huán)

3、具有較寬的帶寬，以及重復控制數(shù)據(jù)運算量較小的特點，提出了采用無差拍控制和重復控制相結(jié)合的方法抑制電壓諧波對電網(wǎng)電流的影響。分析了重復控制器參數(shù)對電流環(huán)魯棒性以及動態(tài)性能的影響，給出了重復控制器參數(shù)的設計方法。研究表明較小的重復控制器增益系數(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的畸變，但基波電流跟蹤速度較慢。
　　交流傳動電力機車輔助供電系統(tǒng)中，單相PWM整流器的功率為上百千瓦，開關頻率通常為2kHz-5kHz。開

4、關頻率的下降使電流環(huán)帶寬變窄，但是控制周期變長，因而可采用帶諧波補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態(tài)響應，并達到穩(wěn)態(tài)時抑制諧波電流的目的。目前諧波補償器多采用并聯(lián)式，即多個諧波頻率處諧振控制器相加的形式。然而并聯(lián)式諧波補償器的設計方法難以直觀的配置電流環(huán)零極點在z平面的位置，提出了級聯(lián)式諧波補償器基于z域

5、的根軌跡設計方法，能夠靈活配置電流環(huán)的零極點分布。從而保證穩(wěn)態(tài)工作時諧波比例諧振控制器對諧波電壓的抑制作用，動態(tài)響應時不會導致電網(wǎng)電流畸變，同時使基波電流能夠快速跟蹤指令值。
　　交流傳動電力機車的主牽引系統(tǒng)中，單相PWM整流器的功率為兆瓦級，兩電平單相PWM整流器開關頻率通常不到1kHz，使電流環(huán)的帶寬進一步減小。并且由于數(shù)字控制系統(tǒng)存在控制延時，導致電流環(huán)性能變差。為了提高電流環(huán)的動態(tài)響應速度，通常采用預測電流控制。分析了傳統(tǒng)

6、的開環(huán)電流預測誤差對電網(wǎng)電流諧波的影響，而電網(wǎng)電流預測誤差導致的電網(wǎng)諧波電流無法通過電流環(huán)前向通道中加入內(nèi)模進行抑制。針對這一問題，提出了采用重復觀測器對電網(wǎng)電流進行預測的閉環(huán)電流預測算法，通過提高電網(wǎng)電流預測的精度，從而減小電網(wǎng)電流諧波含量。給出了電網(wǎng)電流重復觀測器的設計方法，分析了重復觀測器以及整個電流環(huán)的穩(wěn)定性。
　　電氣化鐵路的牽引網(wǎng)專門為交流傳動電力機車供電，電網(wǎng)與電力機車網(wǎng)側(cè)PWM整流器形成級聯(lián)系統(tǒng)。盡管單相PWM整流