基于LCL滤波的大功率三相电压型PWM整流器的研究与实现

早期的整流装置多采用二极管不控整流和晶闸管相控整流,向电网注入大量谐波和无功。PWM整流器的出现解决了上述问题,它具有功率因数可控,交流侧谐波电流小,能量双向流动等优点。近年来,有学者提出电压型PWM整流器交流侧采用LCL滤波器代替传统的L滤波器在开关频率较低的中、大功率场合应用。 本文首先对主电路原理和控制算法进行了分析。推导了三相电压型PWM整流器的数学模型。分析了交流侧LCL滤波器的特性,分析结果显示LCL滤波器具有谐振特性,无阻尼和欠阻尼会导致系统不稳定。提出了一种LCL滤波器参数设计的新方法,该方法根据IEEE-519标准要求的电流谐波限制条件,利用SVPWM调制方式产生的谐波电压幅值进行迭代运算来计算LCL滤波器参数。介绍了电网电压定向的矢量控制方法。推导了消除谐振的有源阻尼算法,其实质为用改进的控制算法来取代阻尼电阻,消除谐振。 接着用Matlab/Simulink软件对控制算法作了仿真验证。在理论分析和仿真验证的基础上,研制了一台500kW/600V三相电压型PWM整流器样机,详细介绍了样机系统软硬件实现。最后对样机系统进行了全面测试,并进行了各种负载、各种工况的实验,展示了实验波形。实验结果显示出样机系统快速的动态响应和良好的稳态性能,验证了理论分析和算法仿真的有效性。