AC-DC及AC-DC-AC變換電路仿真

2021-01-14 simulinker賽博科技

       本次主要介紹兩個電路：AC-DC（PWM整流）和AC-DC-AC（PWM整流+無源逆變），並主要對PWM整流仿真進行說明。


PWM整流

    PWM整流器技術是中等容量單位功率因數採用的主要技術,一般需要使用自關斷器件。三相PWM整流器在幾乎不增加任何硬體的基礎上,即可以實現能量的雙向流動,_日電路性能穩定其控制策略的實用性研究是電力電子領域的一個熱點。

    三相全橋PWM整流器,通過對電路進行正弦波PWM控制,使得整流橋的交流輸入端產生正弦PWM電壓,對各相電壓進行控制,就可以使各相電流i為正弦波且和電壓相位相同,從而使功率因數為1。當電路工作在整流狀態下,能量從電網側流向直流側的負載;當電路工作在再生狀態下,類似於三相PWM電壓型逆變器,可以將直流側的能量回饋到交流電網側（能量回饋即逆變本次不進行說明）。

三相電壓型PWM整流電路

PWM整流控制

    整流常用的控制有電壓電流雙閉環控制、直接功率控制（DPC）、預測電流控制、無差拍控制、單周控制、重複控制以及智能控制等。

    本文模型採用雙閉環控制，三相電壓源型整流器通常都採取直流電壓、交流電流(或功率)雙級環路結構控制方式，電壓外環控制直流側電壓，維持直流母線電壓的恆定，它的輸出作為交流電流(或功率)內環的交流電流(或功率)指令，利用交流電流(或功率)內環快速、及時地調整交流側的電流，抑制負載擾動影響，使實際交流電流能夠快速跟蹤交流電流指令，實現單位功率因數控制，內環電流可通過三相靜止abc坐標系或兩相同步旋轉dq坐標系中得到。在雙環控制中，電壓外環與電流(或功率)內環在速度上必須進行配合。

雙閉環控制框圖


仿真模型

    單獨對三相PWM整流電路進行建模，其中交流電壓380V，整流器直流側控制給定電壓800V，直流側接電阻負載，0.4秒時閉合開關，負載使並聯，負載功率發生變化。

整體模型

整流器主電路


雙閉環控制


SPWM脈衝生成


交流側電壓、電流、A相電壓電流、功率（有功、無功）


直流側電壓


      從仿真結果可以看出，無論負載小還是大，交流側電壓、電流都能保持同頻同相（功率因數為1），當功率發生變化時，直流側電壓維持恆定，控制效果穩定。


AC-DC-AC電路

    如果在上述整流的基礎上，直流側再加一個三相逆變電路，則可以構成類似背靠背變頻器的結構電路。本模型在逆變交流出口接一無源負載，形成AC/DC/ACA拓撲。

AC/DC/ACA拓撲


控制

    控制部分電網側換流器仍採用上述控制，維持直流側電壓穩定，另一側換流器可根據逆變的交流側情況（負載、電機、儲能等）而定。由於本模型交流出口為無源負載，因此，採用簡單的交流電壓幅值控制，通過控制使交流側電壓跟蹤給定值。


仿真模型

    模型整流側交流電網電壓25KV，通過變壓器降為380V，直流側電壓給定值為700V，逆變側逆變後，得到負載電壓，負載電壓給定值為380V，同樣通過運行過程中改變負載大小來測試控制效果。

整體模型


整流雙閉環控制


負載側交流電壓控制


交流電網側電壓、電流、整流器入口線電壓、直流電壓


逆變負載電壓（pu）、電流、逆變器出口線電壓

   

    通過波形可以看出，負載功率發生變化時，整流、逆變側控制仍然能夠跟蹤給定，控制效果良好。


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