基于PSCAD/EMTDC的數控電容在PWM整流器中的應用仿真研究

隨著(zhù)用電設備的諧波標準要求越來(lái)越嚴格，PWM整流器的應用日益廣泛。在PWM整流器（VSR）的控制中，廣泛采用在同步旋轉坐標系下的直接電流控制方法和雙閉環(huán)控制結構，其中電壓外環(huán)用于控制整流器的輸出電壓，電流內環(huán)實(shí)現網(wǎng)側電流的波形和相位控制。
　參考文獻[1]按滿(mǎn)足VSR直流側電壓跟隨性和抗擾性指標分別確定了電容的上限值和下限值。但是，這兩個(gè)值通常不能同時(shí)滿(mǎn)足，即當滿(mǎn)足直流電壓跟隨性時(shí)通常不能滿(mǎn)足直流電壓抗擾性。
　本文著(zhù)重討論了PWM整流器工作在相同模式下直流電壓跟隨性能指標的改善途徑?；赑SCAD/EMTDC軟件建立了PWM整流器仿真模型，通過(guò)對直流側電容的設計取值進(jìn)行分析，提出在直流側采用新型器件數控電容在線(xiàn)調整的方法，實(shí)現直流側電壓的靈活控制。
1 PWM整流器主電路和雙閉環(huán)控制結構
　三相電壓型PWM整流器的拓撲結構如圖1所示。主電路采用IGBT與二極管反并聯(lián)的方式，Ls和Rs為電感的等效參數，C為直流濾波電容，RL為直流側負載，uca、ucb、ucc為整流橋三相控制電壓。
　圖1所示的PWM整流器通過(guò)坐標變換得在同步旋轉坐標系下PWM整流器的方程為[2]:

式中，usl、isl、ucl(l=d,q)分別為d-q同步旋轉坐標系下的電源電壓、輸入電流和橋中點(diǎn)控制電壓。
　PWM整流器采用由電壓外環(huán)和電流內環(huán)組成的雙閉環(huán)控制結構如圖2所示[2]。

2 基于PSCAD的PWM整流器控制器仿真模型
　 利用Mannitoba HVDC研究中心的PSCAD/EMTDC工具建立PWM整流器雙閉環(huán)控制仿真模型,如圖3所示。采用定直流電壓、定無(wú)功功率控制，假設所接負載為純電阻，無(wú)功功率參考值設為零，為了研究電壓跟隨性指標的變化情況,在某時(shí)刻將Udc參考值從Udcref1調整到Udcref2。

3 數控電容仿真實(shí)現及直流側電壓改善分析
　在電壓型三相橋式PWM整流器中，直流側電容主要用來(lái)緩沖VSR交流側與直流側的無(wú)功能量交換，抑制直流側電壓紋波，并且當負載發(fā)生變化時(shí)，支撐直流側電壓，限定直流電壓的波動(dòng)。
　一般而言，從滿(mǎn)足電壓環(huán)控制的跟隨性指標看，VSR直流側電容應盡量小，以確保VSR直流側電壓的快速跟蹤控制；而從滿(mǎn)足電壓環(huán)控制的抗擾性指標分析，VSR直流側電容應盡量大，以限制負載擾動(dòng)時(shí)的直流電壓動(dòng)態(tài)降落[3-4]。新型數字化元器件的出現使得電容的在線(xiàn)調整成為可能。
3.1 數字電容器原理及實(shí)現
　以往電容參數在設計過(guò)程中,需要根據實(shí)際需要,綜合考慮直流電壓跟隨性和抗擾性性能指標。新型數字化元件采用總線(xiàn)接口通過(guò)單片機或邏輯電路編程進(jìn)行數控調節，實(shí)現了“把模擬器件放到總線(xiàn)上”的全新設計理念[5]。典型的數字電容器有Maxim公司生產(chǎn)的MAX1474和Intersil公司生產(chǎn)的X90100等,可以在5 ?滋s內快速調整，隨著(zhù)數控電容新器件工藝的不斷進(jìn)步, 調整容量和范圍進(jìn)一步增大。
3.2 直流側電壓指標改善分析
3.2.1 直流側電壓跟隨性分析
　仿真實(shí)例取三相電壓型PWM整流器交流輸入線(xiàn)電壓有效值為100 V，直流側負載電阻為50 Ω，主功率開(kāi)關(guān)器件采用IGBT實(shí)現。