弱电网下双频单相整流器控制方法研究

• 作 者: 杜凯
• 机 构: 北方工业大学
• 出 处: 北方工业大学
• 发表日期: 2021年01期
• 关键词: 单相PWM整流器 弱电网 开关频率 谐波抑制

近年来铁路运输得到了飞速的发展,单相PWM整流器作为高速动车组主牵引传动系统和辅助供电系统的网侧变流器,己经在铁路牵引传动领域得到了越来越广泛的应用。然而单相PWM整流器仍然不可避免地向电网注入一定的谐波,在弱电网下网侧电流更会发生畸变。为了满足并网相关要求,要对并网装置施加控制手段,通常在整流器的电网侧加入低通无源滤波器以确保网侧电流的质量,这会导致无源器件体积较大,且成本提高。虽然提高整流器的开关频率,有利于减小滤波元件的体积,但是较高开关频率的会导致流过变换器的电能产生较大的损耗,从而降低整个系统的效率。因此,整流器的效率、整流器的无源滤波器件和整流器的网侧电流质量三者的矛盾是当今变流器领域研究的重点问题。针对以上问题,本文提出一种双频单相整流器。双频单相整流器由两个部分组成,分别是采用低开关频率的主整流器单元和采用高开关频率的辅助变流器单元。控制主整流器的将来自电网的交流电能整流为直流电能。辅助变流器通过前馈控制的控制方法,产生与主整流器网侧电流中电流谐波幅值相等、方向相反的电流,以抵消该电流谐波。虽然辅助变流器的引入增加了整流器系统的成本,但相比于主整流器采用低开关频率所降低的损耗,引入辅助变流器所增加的损耗少之又少。辅助变流器使用前馈控制方法抑制电网电流中的开关谐波,而无需检测和提取该电流谐波,于是便不需要控制环具有高带宽。在弱电网下,辅助变流器依然可以对畸变的主整流器电流进行补偿,提升网侧合成电流质量。双频单相整流器可以在弱电网下正常工作。因此,双频单相整流器在整流器的效率、整流器的无源滤波器件体积和整流器的网侧电流质量三个问题均有较好的表现。本文在第二章研究了弱电网下双频单相整流器的拓扑结构和工作原理,研究在不引入环流问题的同时如何实现网侧谐波抑制。在第三章介绍了该整流器在弱电网条件下的以前馈控制为核心的控制方法,研究如何控制辅助变流器实现网侧谐波抑制。在第四章介绍了弱电网下锁相环的控制结构,分析了弱电网下系统中锁相环对网侧电流谐波抑制的影响,表明双频单相整流器中的锁相环发生变化并不会对双频单相整流器产生较大影响,在弱电网下依然可以正常工作。第五章中的仿真和实验验证了双频单相整流器的拓扑结构和控制系统的正确性。