隨著用電設(shè)備的諧波標準要求越來越嚴格，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)實現(xiàn)網(wǎng)側(cè)電流的波形和相位控制。
　參考文獻[1]按滿足VSR直流側(cè)電壓跟隨性和抗擾性指標分別確定了電容的上限值和下限值。但是，這兩個值通常不能同時滿足，即當滿足直流電壓跟隨性時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的改善途徑。基于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)計取值進行分析，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整流器的拓撲結(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整流器通過坐標變換得在同步旋轉(zhuǎn)坐標系下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)坐標系下的電源電壓、輸入電流和橋中點控制電壓。
　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的變化情況,在某時刻將Udc參考值從Udcref1調(diào)整到Udcref2。

3 數(shù)控電容仿真實現(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，并且當負載發(fā)生變化時，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)控制的抗擾性指標分析，VSR直流側(cè)電容應(yīng)盡量大，以限制負載擾動時的直流電壓動態(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)字電容器原理及實現(xiàn)
　以往電容參數(shù)在設(shè)計過程中,需要根據(jù)實際需要,綜合考慮直流電壓跟隨性和抗擾性性能指標。新型數(shù)字化元件采用總線接口通過單片機或邏輯電路編程進行數(shù)控調(diào)節(jié)，實現(xiàn)了“把模擬器件放到總線上”的全新設(shè)計理念[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步, 調(diào)整容量和范圍進一步增大。
3.2 直流側(cè)電壓指標改善分析
3.2.1 直流側(cè)電壓跟隨性分析
　仿真實例取三相電壓型PWM整流器交流輸入線電壓有效值為100 V，直流側(cè)負載電阻為50 Ω，主功率開關(guān)器件采用IGBT實現(xiàn)。

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

     基于軟件仿真數(shù)據(jù)驗證[6]得出以下結(jié)論：當電容取值大于1 100μF時，滿足紋波小于1%的要求;當電容取值小于2 000 μF時，可以較快地反應(yīng)電壓跟隨性指標。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[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引起的直流側(cè)電壓波動最嚴重的情況，此時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)計電容，穩(wěn)態(tài)時直流輸入電流為直流量，諧波主要來源于一個開關(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)計電容值遠小于參考文獻[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，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。基于軟件仿真驗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，靈活實現(xiàn)直流側(cè)電壓控制目標，在小功率電源變換電路和控制電路中有一定應(yīng)用價值。
參考文獻
[1] 張崇巍, 張興. PWM整流器及其控制[M]. 北京：機械工業(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)器同步基準正弦電路設(shè)計實現(xiàn)[J].電子設(shè)計工程, 2010,18(11):33-36.
[6] 張嶺,曹曼,邢婭浪.基于軟件仿真驗證的含運放電路應(yīng)用設(shè)計[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.