【​电力电子在电力系统中的应用​】6 滞环电流控制的PWM整流器 + STATCOM整流器 + APF仿真

【仅供参考

【2023.06西南交大电力电子在电力系统中的应用】

目录

步骤一:基于滞环电流控制的PWM整流器仿真

1.1 仿真要求

1.2 仿真电路原理及设计

1.2.1 主电路的搭建

1.2.2 控制电路的搭建

1.3 波形分析

步骤二:从PWM整流器到STATCOM仿真

2.1 仿真要求

2.2 仿真电路设计

2.2.1 主电路的搭建

2.2.2 控制电路的搭建

步骤三:从STATCOM整流器到APF仿真

3.1 仿真要求

3.2 仿真电路设计

3.3 波形分析


步骤一:基于滞环电流控制的PWM整流器仿真

1.1 仿真要求

  1. 搭建三相两电平电压型PWM整流器主电路,网侧输入电压为三相工频380V,直流输出电压为750V,功率开关采用IGBT;
  2. 适用三相PLL模块dq模型检测电流有功无功、搭建三相电流滞环控制模块、直流电压PI控制模块,要求控制网侧功率因数为1;
  3. 仿真并分析网侧电压和电流波形、三相PWM整流器输入端口电压波形及输出直流电压波形;
  4. 给出直流负载突变时,前述电压和电流波形。

1.2 仿真电路原理及设计

1.2.1 主电路的搭建

        如图,网侧输入电压为三相工频380V,直流输出电压为750V,功率开关采用IGBT:

1.2.2 控制电路的搭建

        首先,根据控制模型:

        可得PWM变流器输出电压为:

        公式中的比例系数与微分可通过PI控制器近似实现,可得如下框图:

        相应simulink仿真电路如下:

        但是,该控制模型结构较为复杂,故直接简化,采用滞环电流比较的直接电流控制系统。这种系统结构简单,电流响应速度快,控制运算中未使用电路参数,系统鲁棒性好。

        其基本原理是把指令电流i*和实际输出电流i的偏差i*−i作为滞环比较器的输入。

        S1通时,i增大,滞环比较器输出为负;S2通时,i减小,滞环比较器输出为正;通过环宽为2ΔI的滞环比较器的控制,i在i*+ΔI和i*−ΔI的范围内,呈锯齿状地跟踪指令电流i*:

        在simulink中搭建三相电流滞环控制模块如下(指令电流为Iref,实际输出电流为I):

1.3 波形分析

        由所的波形可知,控制网侧功率因数近似为1。

        PI参数选择:kp: 0.565;ki: 0.765。

        通过step模块相加的跳变波形来控制背对背IGBT开关器件的开断,达到负载突变的效果(一个step模块于0.1s从0阶跃为1,另一个step模块于0.2s从0阶跃为-1,从而使负载阻值于0.1s时突变为原来的1/2,再于0.2s时突变为原来的阻值):

        网侧电压和电流波形、三相PWM整流器输入端口电压波形及输出直流电压波形如下(包含直流负载突变时的情况):

        由图可知,在直流负载阻值突变为原来一半时:输出直流电压稍有下降;网侧电压波形三相频率略有降低、幅值略有下降;网侧电流幅值上升;三相PWM整流器输入端口电压波形三相频率略有降低。

步骤二:从PWM整流器到STATCOM仿真

2.1 仿真要求

  1. 在PWM整流器基础上,增加无功负载;
  2. 增加负载无功电流的检测;
  3. 将PWM整流器的无功给定为0的模块,替换为负载无功电流检测模块的输出;
  4. 让PWM整流器补偿无功。

2.2 仿真电路设计

2.2.1 主电路的搭建

        在PWM整流器基础上,增加无功负载、增加负载无功电流的检测:

2.2.2 控制电路的搭建

        将PWM整流器的无功给定为0的模块,替换为负载无功电流检测模块的输出,让PWM整流器补偿无功,则1.2.2中的框图改变为:

        再结合滞环简化后,根据框图搭建simulink控制部分仿真电路如下:

        其中,LPF低通滤波器由两个filter模块和一个常数0组成:

步骤三:从STATCOM整流器到APF仿真

3.1 仿真要求

  1. 在STATCOM仿真基础上,增加谐波负载电流的检测;
  2. 将STATCOM整流器的谐波补偿指令电流加入的电流跟踪指令;
  3. 让变换器具有补偿谐波的功能。
  4. 给出负载突变补偿谐波和无功的结果

3.2 仿真电路设计

        对应框图如下:

        在STATCOM仿真基础上,增加谐波负载电流的检测; 将STATCOM整流器的谐波补偿指令电流加入的电流跟踪指令; 让变换器具有补偿谐波的功能:

3.3 波形分析

        负载突变补偿谐波和无功的结果:

        输出直流电压(响应速度快,无超调,负载突变时稳定性良好):

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