黄鹤 马善伟 刘赟
（中国船舶重工集团公司第七一一研究所 上海市闵行区 201108）
摘要：本文详细介绍了三相电压源型PWM整流电路的系统设计和双闭环PI控制器的参数设计，在Matlab/Simulink仿真环境下搭建了系统模型，对系统跟踪输入性能和抗扰动性能等做了分析，验证了PWM整流电路的单位功率因数控制和低谐波运行性能。
关键词：PWM整流；单位功率因数；仿真
1 三相VSR的数学模型
三相VSR的主电路拓扑结构如下图1所示，其中为理想交流电压源，为三相输入电流（正方向如图中所示），L和R为交流侧等效电感和电阻，C为直流侧滤波电容，为负载电阻，为直流侧电压，为直流侧电流（正方向如图中所示），为负载电流，主开关器件为IGBT和反并联续流二极管，且视为理想元件。
2.1.2直流侧电容的设计
在整流器主电路参数中，直流侧电容的设计是另一个重要的参数设计，直流侧电容的作用有：缓冲整流器交流侧与直流负载间的能量交换，且稳定直流侧电压；抑制直流侧谐波电压。
一般而言，从满足电压环控制的跟随性指标看，整流器直流侧电容应尽量小，以确保直流侧电压的快速跟踪控制；从满足电压环控制的抗扰性指标分析，直流侧电容应尽量大，以限制负载扰动时的直流电压动态降落。根据这两条原则，得到直流侧电容的计算公式如下：
式子中，为开关函数基波初始相位角；m为PWM调制比（m≤1）。由于最大增益对整个电压环的影响最大，因此上式可用比例增益0.75来代替。为了简化结构，将电压采样小惯性时间常数与电流内环等效时间常数合并，并且不考虑负载电流的扰动，精简化的电压环结构如图4。
设置电容直流电压初始值为0V，以模拟电容充电过程。设置电压外环输出限幅值为[-40，40]，以保证整流元件的安全。采用SVPWM调制方式，直流电压下限值为760V，这里选择直流电压给定值为800V。从图6和图7中可以看出直流电压上升器件的电压电流波形有相位差，从图8中看出当0.25s左右直流电压达到稳定，相应的电压电流波形相位吻合，实现单位功率因数整流，在0.35s时，增加投入300Ω的电阻负载，从图8中看出直流电压波形扰动很小，符合对直流电压纹波的设计要求。图9对C相输入电流进行了快速傅里叶分析，得到电流的总谐波畸变率为0.9%，符合对输入电流谐波的设计要求。
4 结论
本文对三相电压源型PWM整流电路的原理和控制系统进行了分析，并且搭建了三相电压型PWM整流器的仿真模型，仿真结果表明三相PWM整流能够实现单位功率因数控制，并且能实现升压运行，输入电流谐波可以得到有效控制，负载扰动对直流电压的波动影响可以得到有效控制，达到了设计要求，为实际系统的参数设计提供了理论参考。
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论文作者:黄鹤,马善伟,刘赟
论文发表刊物:《电力设备》第02期供稿
论文发表时间:2015/9/21
标签：电压论文; 电流论文; 整流器论文; 电容论文; 负载论文; 相电压论文; 功率因数论文; 《电力设备》第02期供稿论文;