能量回饋型同相供電系統(tǒng)的單相PWM整流器研究

摘要：針對能量回饋型同相供電系統(tǒng)中單相H—H功率單元的PWM整流器，提出了一種電壓、電流前饋的雙閉環(huán)控制策略。同時，針對大功率低開關頻率應用場合，給出了一種調制方法，解決系統(tǒng)延時帶來的控制性能下降問題。最后，基于數(shù)字信號處理器(DSP)與復雜可編程邏輯器件(CPLD)，構建了兆瓦級單相PWM整流器硬件裝置。實驗結果表明，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，動、靜態(tài)性能符合指標要求。
關鍵詞：整流器；能量回饋；控制策略；調制

1 引言
我國電氣化鐵路主要采用單相交流變壓器供電方式，該供電方式存在負序、諧波、無功、電分相、供電效率低等問題，不僅對電力系統(tǒng)造成了嚴重影響，且隨之產(chǎn)生的過電壓現(xiàn)象嚴重影響了機車的正常運行，極大地制約了高速重載運輸?shù)膶崿F(xiàn)。
近年來，提出的基于三相-單相電力電子變流器的新型同相供電系統(tǒng)，可從根本上解決上述問題。這里基于文獻中新型同相供電裝置拓撲結構，研究了該應用場合下的大功率單相PWM整流器控制系統(tǒng)的控制策略。
這里采用比例-積分(PI)和比例-諧振(PR)調節(jié)器構成雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，對單相PWM整流器的直流母線電壓及輸入電流進行控制，并給出了
一種異步采樣方法，解決了傳統(tǒng)的規(guī)則采樣法在低開關頻率下帶來的控制系統(tǒng)滯后增大的問題。

2 同相供電裝置拓撲結構
新型同相供電拓撲結構如圖1所示。

圖1中，新型同相供電裝置由多個單相背靠背功率單元構成，每個功率單元輸入側連接一個三相工頻多繞組變壓器的次級繞組，輸出側采用多單元串聯(lián)方式輸出單相工頻交流電壓。該結構采用全電力電子變流方式，可從根本上解決目前鐵路供電中存在的問題，同時實現(xiàn)單位功率因數(shù)電能回饋。
圖1中每個功率單元拓撲結構如圖2所示。

圖2中，AC／DC／AC結構的功率單元由背靠背H橋組成。選擇：IGCT作為開關器件，以適應大功率變流器要求。由于單相變流系統(tǒng)的瞬時功率存在二倍頻波動，且功率單元輸入、輸出側均為工頻50 Hz，造成直流母線電壓存在二倍頻波動，如果不加以抑制，該波動將通過控制系統(tǒng)使網(wǎng)側電流產(chǎn)生低次諧波。因此，該拓撲在直流母線電容旁并聯(lián)了中心頻率為100 Hz的LC帶阻濾波電路，抑制直流母線二倍頻波動。