滤波整流器的工作原理

本文格式为Word版，下载可任意编辑——滤波整流器的工作原理介绍了准PR调制器的原理，在此根基上，细致分析了PWM整流器在α-β静止坐标系下电流内环和电压外环的设计方法，并基于Matlab/Simulink仿真平台搭建两电平PWM整流器仿真模型，对本文分析的设计方法举行了仿真研究，仿真结果验证了本文分析的基于PR操纵器设计的电流环和电压环的正确性和有效性。

PWM整流器LCL滤波器准PR操纵器操纵策略

1引言

随着电力电子技术的进展，GTR、GTO、MOSFET、IGBT、IGCT等全控型开关器件制造技术不断进步，使得变流器主电路布局更加简朴，而且还具有操纵与驱动生动稳当，有效改善电路中的谐波，大幅提高变流器功率因数，提高系统的动态响应速度，有效操纵环境噪声污染等优点[1]。全控型器件的进步有力的推动了变流技术的进展。20世纪80年头提出了PWM整流技术，随后PWM技术飞速进展，PWM整流技术得到了广泛应用。PWM整流器具有输入电流正弦化、功率因数可控、电能双向传输、直流母线电压可调等优点[2]。由于PWM整流器真正实现了“绿色电能变换”、其网侧呈现出受控电流源特性，这一特性使得PWM整流器及其操纵技术获得进一步的进展和拓宽。

在基于LCL滤波器的电压源型PWM整流器系统中，操纵策略无疑是一个很重要的环节，所采取的操纵策略直接关系到整流器的运行性能。LCL滤波器的电压型PWM整流器是从单L滤波的整流器进展而来的，因而操纵策略延续了单L的操纵思想。2022年MarcoLiserre和FredeBlaabjerg分析了LCL滤波器的设计方法，并证领略在低频的数学模型下，电容的作用可以疏忽。这样对于LCL滤波器的PWM整流器操纵系统设计可以持续沿用单L的PWM整流器操纵系统的设计方法。

鉴于在三相静止坐标系（a-b-c）中系统模型繁杂，操纵难以实现，因而当前均是在两相静止坐标系（α-β）或两相旋转坐标系（d-q）下对LCL的PWM整流器加以操纵。目前在两相坐标系下操纵多采用电压外环，电流内环的双闭环布局。本文细致分析了PWM整流器在α-β静止坐标系下电流内环和电压外环的设计方法，并基于Matlab/Simulink仿真平台搭建两电平PWM整流器仿真模型，对本文分析的设计方法举行了仿真研究，仿真结果验证了本文分析的基于PR操纵器设计的电流环和电压环的正确性和有效性。

2电流内环调理器设计

目前常用的d-q两相旋转坐标系下的电流操纵方法由PI调理以实现无静差操纵，但在操纵过程中，该方法需要繁杂的旋转坐标变换和反坐标变换。另外，对于单相PWM整流器，被控量只能是正弦量，PI调理无法实现电流的零稳态误差操纵。因而在α-β坐标系下实现操纵逐步受到重视。

2.1准PR操纵器设计

PR操纵器可以实现正弦电流操纵，在两相静止坐标系下，此方法不需要附加预料量，也不需要更加高的开关频率，即可实现对正弦电流举行操纵，并且可以实现与同步旋转坐标下PI操纵相媲美的稳态及动态性能。并且在两相在相静止坐标系下，不存在交错藕合项，整个操纵系统布局简朴。

PR操纵器传递函数为：

由式（1）可知，PR调理器在非基频处增益很小，电网频率有波动时，将难以实现无静差跟踪。另外，在实际操纵系统中，由于模拟器件制造水平有限，数字实现也存在精度问题，针对以上问题，引入准PR调理器：

鲜明，在基频处，准PR调理器带宽更宽，尽管在基频处增益有所减小，但其实现过程比PR轻易得多。

在设计准PR操纵器参数前，需要对准PR操纵器中各参数对系统性能影响举行研究。准PR操纵器与PR调理器道理一致，要求在谐振点有无限大增益来消释在该谐振点的稳态误差。从图2（a）中可以看出，Kp变化时系统增益发生变化，Kp越大，系统的比例增益越大。但其过大会导致系统在高频段增益太大，使系统不稳定；从图2（b）中可以看出，Kr变化时，Kr操纵器的增益和基频处带宽发生变化，越大基频处增益越大，带宽越宽，抗电网频率波动干扰才能巩固；从图2（c）中可以看出，ωc变化时，对系统的影响Kr与好像。

在明确了准PR调理器中各个参数对系统的影响之后，要根据系统电流内环设计准PR调理器参数。

2.2电流内环设计

电流环对比提防响应的快速性，在不考虑操纵精度的条件下，电流环的响应速度只与前向通道的增益有关，因而在仿真过程中，可以要根据快速应要求举行选取。轴电流内环布局框图如图3所示。

由图3可知，电流环开环传递函数为：

根据式（3）做出电流环开环传递函数伯德图如图4所示。由上述分析可知，KP对系统整体增益影响明显，因而先根据截至频率设计要求确定KP，保证系统响应的快速性；低频段系统增益高，系统的稳态精度高；考虑到基频处增益和频带宽度要求，再选取Kr及。

3电压外环调理器设计

得到准PR调理器参数后，便可以在两相静止坐标系（α-β）下对整个系统举行分析设计，利用准PR操纵器举行操纵时，由系统在α-β坐标系下的数学模型得到α-β坐标系下操纵方程如下：

准PR操纵器可以直接跟随交流量，而且从式（4）中看出α轴电流内环与β轴电流内环是对称的，准PR调理器参数一致，并且α、β轴上电流间不存在耦合现象。三相PWM整流器准PR操纵框图如图5所示。电压外环的指令要经过反坐标变换变换为正弦交流量，然后与检测到的三相电流α、β轴分量在准PR操纵器作用下共同实现电流环操纵。电压外环操纵方式与在d-q两相旋转坐标系下操纵方式一致，采用PI调理器举行操纵，其参数配置方法与系统在d-q坐标系下参数选择方法一致。

4仿真结果和分析

为验证采用PR操纵器举行α-β坐标系下PWM整流器电流内环和电压外环设计的正确性和有效性，本文借助Matlab/Simulink搭建两电平整流器仿真模型，举行仿真分析，系统仿真波形如图6所示。

由图6可知，直流侧电压有较快的响应速度，超调量以及上升时间等参数符合设计要求，最终电压值稳定在给定值700V。

由图7可知，电压电流同相位运行，系统接近单位功率因数运行。

5结语

介绍了准PR调制器的原理，在此根基