基于400Hz逆變器的單相電力電子負(fù)載系統(tǒng)研究.pdf

1、基于兩級電壓型PWM變換器的單相電力電子負(fù)載,可以很好適用于單、三相交流被試電源和直流電源出廠前性能考核試驗(yàn)和老化試驗(yàn),具有模擬負(fù)載特性多樣化、改變模擬負(fù)載特性簡單化等優(yōu)點(diǎn),還可以將被試電源在試驗(yàn)過程中產(chǎn)生的電能回饋給電網(wǎng),實(shí)現(xiàn)節(jié)能和降低被試電源所需電網(wǎng)容量。本文對被試電源為400Hz中頻逆變器,單相電力電子負(fù)載系統(tǒng)運(yùn)行所面臨的一些技術(shù)問題做了詳細(xì)研究。
　　根據(jù)單相電力電子負(fù)載電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，提出了統(tǒng)一電力電子負(fù)載模塊的概念

2、。詳細(xì)分析了統(tǒng)一電力電子負(fù)載模塊基本組成單元——單相PWM變換器的工作原理,模擬純組、阻感、阻容、負(fù)阻性(回饋)等不同負(fù)載特性時,交流電源輸入電壓、電感電壓和變換器交流側(cè)電壓三者之間的矢量關(guān)系。
　　根據(jù)單相電力電子負(fù)載系統(tǒng)被試電源的技術(shù)要求,設(shè)計了單相400Hz逆變器的主電路拓?fù)浜筒蓸?、控制、?qū)動電路。比較了中頻逆變器和工頻逆變器的兩個顯著不同點(diǎn),介紹了單PI閉環(huán)控制、雙閉環(huán)控制、狀態(tài)反饋極點(diǎn)配置、重復(fù)控制、智能控制等五種常用逆

3、變器波形控制方法的優(yōu)缺點(diǎn),本文單相400Hz逆變器采用帶比例系數(shù)負(fù)載電流前饋電壓外環(huán)電流內(nèi)環(huán) PI雙環(huán)控制方案。利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有材料,搭建了一個單相400Hz逆變器實(shí)驗(yàn)平臺,驗(yàn)證了上述控制方法的良好控制效果。
　　詳細(xì)分析了單相電力電子負(fù)載系統(tǒng)直流母線電壓諧波的來源。根據(jù)系統(tǒng)瞬時、穩(wěn)態(tài)功率平衡,推導(dǎo)了直流母線電壓諧波階次和系統(tǒng)的兩個交流側(cè)電源頻率之間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式。闡述了無論單相電力電子負(fù)載交流側(cè)是否同頻,系統(tǒng)直流母線電壓均會存在

4、一定含量諧波分量,體現(xiàn)為直流母線的電壓波動。并網(wǎng)變換器采用電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)的雙環(huán)控制,電壓環(huán)的輸出結(jié)合鎖相環(huán)節(jié)作為電流環(huán)的給定,因此直流母線電壓所含的諧波分量會影響并網(wǎng)電流合成指令的正弦度,惡化并網(wǎng)電流質(zhì)量。針對這一問題提出了直流母線電壓滯環(huán)控制策略,通過仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這種控制策略對帶單相400Hz逆變器被試電源進(jìn)行負(fù)載模擬考核實(shí)驗(yàn),系統(tǒng)并網(wǎng)電流良好控制效果。
　　對于單相電力電子負(fù)載系統(tǒng)在工業(yè)運(yùn)行現(xiàn)場與并網(wǎng)公共耦合端(PCC

5、)電網(wǎng)電壓易出現(xiàn)嚴(yán)重電能質(zhì)量問題如電壓跌落等,研究了系統(tǒng)應(yīng)對此種情況的優(yōu)化運(yùn)行方式。對 PCC電網(wǎng)電壓非理想正弦,采用了電網(wǎng)電壓前饋的控制方法來抑制其對并網(wǎng)電流產(chǎn)生的影響。針對單相電力電子負(fù)載系統(tǒng)使用單L濾波器并網(wǎng)對高頻并網(wǎng)電流諧波抑制作用不足和對大功率被試電源負(fù)載模擬試驗(yàn)有功損耗過大等缺點(diǎn),并網(wǎng)變換器使用LCL濾波器并網(wǎng)。對于 LCL濾波器在諧振頻率處相角突變對系統(tǒng)穩(wěn)定性易造成影響,比較了6種無源阻尼方法的特點(diǎn)和不足,采用電容電流反饋