隨著用電設(shè)備的諧波標(biāo)準(zhǔn)要求越來越嚴(yán)格，PWM整流器的應(yīng)用日益廣泛。在PWM整流器（VSR）的控制中，廣泛采用在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直接電流控制方法和雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)，其中電壓外環(huán)用于控制整流器的輸出電壓，電流內(nèi)環(huán)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)電流的波形和相位控制。
　參考文獻(xiàn)[1]按滿足VSR直流側(cè)電壓跟隨性和抗擾性指標(biāo)分別確定了電容的上限值和下限值。但是，這兩個(gè)值通常不能同時(shí)滿足，即當(dāng)滿足直流電壓跟隨性時(shí)通常不能滿足直流電壓抗擾性。
　本文著重討論了PWM整流器工作在相同模式下直流電壓跟隨性能指標(biāo)的改善途徑?；?a class="innerlink" href="http://ihrv.cn/tags/PSCAD/EMTDC" title="PSCAD/EMTDC" target="_blank">PSCAD/EMTDC軟件建立了PWM整流器仿真模型，通過對直流側(cè)電容的設(shè)計(jì)取值進(jìn)行分析，提出在直流側(cè)采用新型器件數(shù)控電容在線調(diào)整的方法，實(shí)現(xiàn)直流側(cè)電壓的靈活控制。
1 PWM整流器主電路和雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)
　三相電壓型PWM整流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。主電路采用IGBT與二極管反并聯(lián)的方式，Ls和Rs為電感的等效參數(shù)，C為直流濾波電容，RL為直流側(cè)負(fù)載，uca、ucb、ucc為整流橋三相控制電壓。
　圖1所示的PWM整流器通過坐標(biāo)變換得在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下PWM整流器的方程為[2]:

    
式中，usl、isl、ucl(l=d,q)分別為d-q同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電源電壓、輸入電流和橋中點(diǎn)控制電壓。
　PWM整流器采用由電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)組成的雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)如圖2所示[2]。

2 基于PSCAD的PWM整流器控制器仿真模型
　 利用Mannitoba HVDC研究中心的PSCAD/EMTDC工具建立PWM整流器雙閉環(huán)控制仿真模型,如圖3所示。采用定直流電壓、定無功功率控制，假設(shè)所接負(fù)載為純電阻，無功功率參考值設(shè)為零，為了研究電壓跟隨性指標(biāo)的變化情況,在某時(shí)刻將Udc參考值從Udcref1調(diào)整到Udcref2。

3 數(shù)控電容仿真實(shí)現(xiàn)及直流側(cè)電壓改善分析
　在電壓型三相橋式PWM整流器中，直流側(cè)電容主要用來緩沖VSR交流側(cè)與直流側(cè)的無功能量交換，抑制直流側(cè)電壓紋波，并且當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，支撐直流側(cè)電壓，限定直流電壓的波動。
　一般而言，從滿足電壓環(huán)控制的跟隨性指標(biāo)看，VSR直流側(cè)電容應(yīng)盡量小，以確保VSR直流側(cè)電壓的快速跟蹤控制；而從滿足電壓環(huán)控制的抗擾性指標(biāo)分析，VSR直流側(cè)電容應(yīng)盡量大，以限制負(fù)載擾動時(shí)的直流電壓動態(tài)降落[3-4]。新型數(shù)字化元器件的出現(xiàn)使得電容的在線調(diào)整成為可能。
3.1 數(shù)字電容器原理及實(shí)現(xiàn)
　以往電容參數(shù)在設(shè)計(jì)過程中,需要根據(jù)實(shí)際需要,綜合考慮直流電壓跟隨性和抗擾性性能指標(biāo)。新型數(shù)字化元件采用總線接口通過單片機(jī)或邏輯電路編程進(jìn)行數(shù)控調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了“把模擬器件放到總線上”的全新設(shè)計(jì)理念[5]。典型的數(shù)字電容器有Maxim公司生產(chǎn)的MAX1474和Intersil公司生產(chǎn)的X90100等,可以在5 ?滋s內(nèi)快速調(diào)整，隨著數(shù)控電容新器件工藝的不斷進(jìn)步, 調(diào)整容量和范圍進(jìn)一步增大。
3.2 直流側(cè)電壓指標(biāo)改善分析
3.2.1 直流側(cè)電壓跟隨性分析
　仿真實(shí)例取三相電壓型PWM整流器交流輸入線電壓有效值為100 V，直流側(cè)負(fù)載電阻為50 Ω，主功率開關(guān)器件采用IGBT實(shí)現(xiàn)。

2 000 μF、5 000 μF時(shí)的直流側(cè)電壓變化曲線如圖4所示。

     基于軟件仿真數(shù)據(jù)驗(yàn)證[6]得出以下結(jié)論：當(dāng)電容取值大于1 100μF時(shí)，滿足紋波小于1%的要求;當(dāng)電容取值小于2 000 μF時(shí)，可以較快地反應(yīng)電壓跟隨性指標(biāo)。因此確定電容取值范圍為1 100～2 000μF。
3.2.2直流側(cè)電壓抗擾性分析
    參考文獻(xiàn)[1]分析直流側(cè)電壓的抗擾性的依據(jù)是PWM整流器的工作模式由最大功率整流變化到最大功率逆變時(shí)引起的直流側(cè)電壓波動最嚴(yán)重的情況，此時(shí)輸入輸出功率偏差最大，過渡過程最長。而PWM整流器經(jīng)常工作在相同的工作模式下，可以根據(jù)直流電壓上的諧波要求來設(shè)計(jì)電容，穩(wěn)態(tài)時(shí)直流輸入電流為直流量，諧波主要來源于一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)的開關(guān)諧波，其能量很小，引起的直流電壓波動也很小，設(shè)計(jì)電容值遠(yuǎn)小于參考文獻(xiàn)[1]中的電容設(shè)定上限值。因此，在直流側(cè)電壓跟隨性指標(biāo)確定的電容范圍內(nèi)，直流側(cè)電壓的抗擾性變化不大。
    綜上分析表明，PWM整流器工作在相同模式時(shí)，電容值的調(diào)整對于改善直流側(cè)電壓跟隨性能效果明顯，但是對于改善直流側(cè)電壓抗擾性效果有限。
　與改善PWM整流器網(wǎng)側(cè)電流時(shí)的在線調(diào)整數(shù)控電感的方法不同[7]，數(shù)控電容參數(shù)的調(diào)整需要在直流側(cè)電壓參考值發(fā)生變化前完成，并且調(diào)整量分檔盡量小，否則會出現(xiàn)較大的電壓波動。
    本文使用PSCAD/EMTDC軟件建立了PWM整流器的仿真模型?；谲浖抡骝?yàn)證的確定電容取值在較小范圍。提出了利用數(shù)控電容替代傳統(tǒng)的電容器，使得電容在線調(diào)整改善電壓環(huán)的動態(tài)響應(yīng)的方法。仿真結(jié)果表明，電容的變化對直流側(cè)電壓跟隨性能改善效果顯著。該方法可根據(jù)不同情況下的控制要求，預(yù)先調(diào)整電容，靈活實(shí)現(xiàn)直流側(cè)電壓控制目標(biāo)，在小功率電源變換電路和控制電路中有一定應(yīng)用價(jià)值。
參考文獻(xiàn)
[1] 張崇巍, 張興. PWM整流器及其控制[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.
[2] BLASKO V,KAURA V. A new mathematical model and control of a three-phase AC-DC voltage source converter[J]. IEEE transactions on Power E1ectronics,1997,12(1):116-123．
[3] 伍旭鵬.三相電壓型PWM整流器的研究[D].長沙：湖南大學(xué),2009.
[4] 吳慶彪.基于dSPACE 的PWM整流器的研究[D].上海：東華大學(xué),2010.
[5] 張嶺,谷志鋒,尹志勇. 動態(tài)電壓恢復(fù)器同步基準(zhǔn)正弦電路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)[J].電子設(shè)計(jì)工程, 2010,18(11):33-36.
[6] 張嶺,曹曼,邢婭浪.基于軟件仿真驗(yàn)證的含運(yùn)放電路應(yīng)用設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2010,33(22):12-14.
[7] 張嶺,趙錦成,邵天章,等.基于數(shù)控電感的PWM整流器網(wǎng)側(cè)電流改善研究[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2011,37(06):74-76.