基于数控电感的PWM整流器网侧电流改善研究

引言

随着电力电子技术的快速发展，PWM(脉冲宽度调制)整流器因其高效、可控性强等优点，在电力系统中得到了广泛应用。然而，传统的PWM整流器在网侧电流控制方面仍存在一些问题，如电流过零点跟踪速度慢、谐波电流抑制效果不理想等。针对这些问题，本文提出了一种基于数控电感的PWM整流器网侧电流改善方法，并通过PSCAD软件进行了仿真验证。

PWM整流器的基本原理

PWM整流器是一种通过控制开关器件的通断，将交流电转换为直流电的电力电子设备。其基本工作原理是将正弦信号波与三角波进行比较，通过PWM控制信号调节开关器件的通断，从而在整流桥的交流输入端产生正弦调制波。该调制波经过滤波电感后，得到较为平滑的直流电输出。

在PWM整流器的控制中，最经典且应用广泛的方法是基于d-q同步旋转坐标系的直接电流控制。该方法通过坐标变换将三相交流量变换成旋转坐标系中的直流量进行控制，利用PI调节器实现电流的无静差调节。在控制结构上，通常采用电压外环和电流内环的双闭环控制，其中电压外环用于控制整流器的输出电压，电流内环则实现网侧电流的波形和相位控制。

数控电感在PWM整流器中的应用

数控电感的概念

数控电感是一种通过数字控制实现电感值在线可调的电感器。与传统的电感线圈相比，数控电感具有更高的灵活性和可调性，可以根据实际运行需求实时调整电感值，从而优化系统性能。

数控电感在PWM整流器中的优势

在PWM整流器的网侧电流控制中，电感的设计对电流的动态响应和谐波抑制效果具有重要影响。传统的电感线圈一旦确定，其电感值便无法改变，难以满足复杂多变的运行需求。而数控电感则可以通过数字控制实时调整电感值，从而在保证电流快速跟踪的同时，有效抑制谐波电流。

基于数控电感的PWM整流器网侧电流改善方法

仿真模型建立

本文基于PSCAD软件建立了PWM整流器的仿真模型。该模型采用电压外环和电流内环的双闭环控制结构，通过坐标变换将三相交流量变换成d-q坐标系中的直流量进行控制。在仿真模型中，将传统的电感线圈替换为数控电感，以实现电感值的在线可调。

数控电感参数设计

为了实现电流的快速跟踪和谐波抑制，需要合理设计数控电感的参数范围和调整增量。在仿真过程中，通过多次试验和数据分析，确定了数控电感的最佳参数范围和调整策略。具体来说，当电流过零点时，电感值应足够小以实现快速跟踪;而在电流峰值处，电感值应足够大以抑制谐波电流。

仿真结果分析

仿真结果表明，采用数控电感后，PWM整流器的网侧电流性能得到了显著改善。具体表现为：

电流快速跟踪：在电流过零点处，数控电感能够迅速调整电感值，使电流快速跟踪参考值，提高了系统的动态响应速度。

谐波抑制：在电流峰值处，数控电感通过增大电感值，有效抑制了谐波电流的产生，降低了电流畸变率，提高了电能质量。

稳定性提升：数控电感的应用使得PWM整流器在不同工况下均能保持良好的稳定性，提高了系统的鲁棒性。

实际应用价值

基于数控电感的PWM整流器网侧电流改善方法在实际应用中具有广泛的推广价值。该方法不仅可以提高PWM整流器的性能，降低谐波污染，还可以为其他电力电子设备的电流控制提供新的思路和技术支持。随着电力电子技术的不断发展，数控电感等新型元器件的出现将进一步推动电力电子设备的智能化和高效化。

结论

本文提出了一种基于数控电感的PWM整流器网侧电流改善方法，并通过PSCAD软件进行了仿真验证。仿真结果表明，该方法能够显著提高PWM整流器的网侧电流性能，实现电流的快速跟踪和谐波抑制。该方法在改善电能质量、提高系统稳定性等方面具有显著的实用价值，为电力电子设备的电流控制提供了新的思路和技术支持。未来，随着电力电子技术的不断发展，基于数控电感的PWM整流器将在更多领域得到广泛应用和推广。