整流器模拟负载系统设计方案

图2 PWM整流器原理图

　　图2中VT1~VT6:主开关管IGBT;C:交流侧储能滤波电容；LA、LB、LC:PWM整流器至电网之间的滤波电感，为使得PWM整流器逆变到电网的电流谐波符合IEC1000-3-2标准而设置，它的引入可减少滤波储能电容的值；Ld:直流侧滤波电感，主要作用是存储电能变换过程中的无功能量；LEM:直流侧电压检测。

　　图3为PWM整流器A相的等效电路，图中us,IP分别为电网电压矢量和电流型逆变器输出的A相电流基波的矢量，RS为线路电阻，Cs为储能滤波电容。

图3 PWM整流器A相的等效电路

　　逆变工况的基波矢量图如图4所示。

图4 逆变工况的基波矢量图

　　Cs为PWM整流器的交流侧储能滤波电容，它的取值大小至关重要。取值较大有利于电能转换及反馈电流的滤波，但成本增加且电容上的电流增加，电容上的电流增加则直接影响PWM整流器向电网逆变的功率，或同等功率下不得不增大PWM整流器主开关管的电流容量，从而使得整体成本增加；取值较小，电容上的电流减小价格降低，但反馈电流的谐波增加。因此对于Cs的取值应综合考虑电容上的电流、电流的谐波和制造成本。

　　为使得Cs在合理的情况下PWM整流器的逆变输出电流满足IEC1000-3-2所规定的最大谐波电流值，在PWM整流器的交流输出端合理地设置滤波电感，如图2所示的LA、LB、LC可获得较为理想的效果，该电感的并入能较好的抑制流向电网的高次谐波电流，且该电感的数值较小并不能改变电路系统的特性。

　　若设图2中的开关VTK导通时=1开关VTK关断时=0则根据电流型逆变器的工作特点必定有如下关系

　　考虑到电流型PWM整流器直流侧具有相对较大的电感，因此有理由假定在一个开关周期内直流电流是保持恒定的，则图2所示的相关电流有如下关系

　　上式中I为PWM整流器直流侧电流，考虑到输出波形的频率与逆变器开关频率相比要低得多，因而有理由用一个开关周期内的平均值dk替代开关函数，因此逆变器交流侧电流可表示为

　　图2所示电路的电流型PWM整流器总计能产生六个空间矢量和三个零矢量，其表达式如下

　　因此只要采取适当的控制策略就可以获得所要求的Ira、Irb、Irc.

　　系统参数选择及实验结果

　　每个负载模拟单元参数，直流电压：54~540V;直流电流：30~100A.

　　参数选择

　　系统主电路见图2,VT1~VT6:主开关管IGBT,电流额定为200A;LA、LB、LC:PWM整流器的滤波电感，4mH;L:直流侧滤波电感，5.3mH;C:交流侧储能滤波电容，5μF/1200V;LEM:直流侧电压检测，型号为：KV50A/P;逆变器调制频率：10kHz,直流侧电压：54~540V.　　实验结果

　　图5的超前电压为电容上的电压，滞后者则为电网电压波形，从图2所示的原理图可以看出此时的工况为再生工况，且滤波电感LA、LB、LC起到滤波作用，进而可以看出尽管电容上的电压波形含有一定量的高频成分，但经滤波后的馈网电流的谐波已足够小了（见图6所示的电流波形）。

图5 电网电压波形和电容上的电压波形