AC-DC及AC-DC-AC变换电路仿真

PWM整流

    PWM整流器技术是中等容量单位功率因数采用的主要技术,一般需要使用自关断器件。三相PWM整流器在几乎不增加任何硬件的基础上,即可以实现能量的双向流动,_日电路性能稳定其控制策略的实用性研究是电力电子领域的一个热点。

    三相全桥PWM整流器,通过对电路进行正弦波PWM控制,使得整流桥的交流输入端产生正弦PWM电压,对各相电压进行控制,就可以使各相电流i为正弦波且和电压相位相同,从而使功率因数为1。当电路工作在整流状态下,能量从电网侧流向直流侧的负载;当电路工作在再生状态下,类似于三相PWM电压型逆变器,可以将直流侧的能量回馈到交流电网侧（能量回馈即逆变本次不进行说明）。

三相电压型PWM整流电路

PWM整流控制

    整流常用的控制有电压电流双闭环控制、直接功率控制（DPC）、预测电流控制、无差拍控制、单周控制、重复控制以及智能控制等。

    本文模型采用双闭环控制，三相电压源型整流器通常都采取直流电压、交流电流(或功率)双级环路结构控制方式，电压外环控制直流侧电压，维持直流母线电压的恒定，它的输出作为交流电流(或功率)内环的交流电流(或功率)指令，利用交流电流(或功率)内环快速、及时地调整交流侧的电流，抑制负载扰动影响，使实际交流电流能够快速跟踪交流电流指令，实现单位功率因数控制，内环电流可通过三相静止abc坐标系或两相同步旋转dq坐标系中得到。在双环控制中，电压外环与电流(或功率)内环在速度上必须进行配合。

双闭环控制框图

仿真模型

    单独对三相PWM整流电路进行建模，其中交流电压380V，整流器直流侧控制给定电压800V，直流侧接电阻负载，0.4秒时闭合开关，负载使并联，负载功率发生变化。

整体模型

整流器主电路

双闭环控制

SPWM脉冲生成

交流侧电压、电流、A相电压电流、功率（有功、无功）

直流侧电压

      从仿真结果可以看出，无论负载小还是大，交流侧电压、电流都能保持同频同相（功率因数为1），当功率发生变化时，直流侧电压维持恒定，控制效果稳定。

AC-DC-AC电路

    如果在上述整流的基础上，直流侧再加一个三相逆变电路，则可以构成类似背靠背变频器的结构电路。本模型在逆变交流出口接一无源负载，形成AC/DC/ACA拓扑。

AC/DC/ACA拓扑

控制

    控制部分电网侧换流器仍采用上述控制，维持直流侧电压稳定，另一侧换流器可根据逆变的交流侧情况（负载、电机、储能等）而定。由于本模型交流出口为无源负载，因此，采用简单的交流电压幅值控制，通过控制使交流侧电压跟踪给定值。

仿真模型

    模型整流侧交流电网电压25KV，通过变压器降为380V，直流侧电压给定值为700V，逆变侧逆变后，得到负载电压，负载电压给定值为380V，同样通过运行过程中改变负载大小来测试控制效果。

整体模型

整流双闭环控制

负载侧交流电压控制

交流电网侧电压、电流、整流器入口线电压、直流电压

逆变负载电压（pu）、电流、逆变器出口线电压

    通过波形可以看出，负载功率发生变化时，整流、逆变侧控制仍然能够跟踪给定，控制效果良好。

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