能量回饋型同相供電系統(tǒng)的單相PWM整流器研究

摘要：針對(duì)能量回饋型同相供電系統(tǒng)中單相H—H功率單元的PWM整流器，提出了一種電壓、電流前饋的雙閉環(huán)控制策略。同時(shí)，針對(duì)大功率低開(kāi)關(guān)頻率應(yīng)用場(chǎng)合，給出了一種調(diào)制方法，解決系統(tǒng)延時(shí)帶來(lái)的控制性能下降問(wèn)題。最后，基于數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)與復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)，構(gòu)建了兆瓦級(jí)單相PWM整流器硬件裝置。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，動(dòng)、靜態(tài)性能符合指標(biāo)要求。
關(guān)鍵詞：整流器；能量回饋；控制策略；調(diào)制

1 引言
我國(guó)電氣化鐵路主要采用單相交流變壓器供電方式，該供電方式存在負(fù)序、諧波、無(wú)功、電分相、供電效率低等問(wèn)題，不僅對(duì)電力系統(tǒng)造成了嚴(yán)重影響，且隨之產(chǎn)生的過(guò)電壓現(xiàn)象嚴(yán)重影響了機(jī)車(chē)的正常運(yùn)行，極大地制約了高速重載運(yùn)輸?shù)膶?shí)現(xiàn)。
近年來(lái)，提出的基于三相-單相電力電子變流器的新型同相供電系統(tǒng)，可從根本上解決上述問(wèn)題。這里基于文獻(xiàn)中新型同相供電裝置拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，研究了該應(yīng)用場(chǎng)合下的大功率單相PWM整流器控制系統(tǒng)的控制策略。
這里采用比例-積分(PI)和比例-諧振(PR)調(diào)節(jié)器構(gòu)成雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，對(duì)單相PWM整流器的直流母線電壓及輸入電流進(jìn)行控制，并給出了
一種異步采樣方法，解決了傳統(tǒng)的規(guī)則采樣法在低開(kāi)關(guān)頻率下帶來(lái)的控制系統(tǒng)滯后增大的問(wèn)題。

2 同相供電裝置拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
新型同相供電拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1中，新型同相供電裝置由多個(gè)單相背靠背功率單元構(gòu)成，每個(gè)功率單元輸入側(cè)連接一個(gè)三相工頻多繞組變壓器的次級(jí)繞組，輸出側(cè)采用多單元串聯(lián)方式輸出單相工頻交流電壓。該結(jié)構(gòu)采用全電力電子變流方式，可從根本上解決目前鐵路供電中存在的問(wèn)題，同時(shí)實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)電能回饋。
圖1中每個(gè)功率單元拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2中，AC／DC／AC結(jié)構(gòu)的功率單元由背靠背H橋組成。選擇：IGCT作為開(kāi)關(guān)器件，以適應(yīng)大功率變流器要求。由于單相變流系統(tǒng)的瞬時(shí)功率存在二倍頻波動(dòng)，且功率單元輸入、輸出側(cè)均為工頻50 Hz，造成直流母線電壓存在二倍頻波動(dòng)，如果不加以抑制，該波動(dòng)將通過(guò)控制系統(tǒng)使網(wǎng)側(cè)電流產(chǎn)生低次諧波。因此，該拓?fù)湓谥绷髂妇€電容旁并聯(lián)了中心頻率為100 Hz的LC帶阻濾波電路，抑制直流母線二倍頻波動(dòng)。