【仅供参考】
【2023.06西南交大电力电子在电力系统中的应用】
目录
步骤一：基于滞环电流控制的PWM整流器仿真
1.1 仿真要求
1.2 仿真电路原理及设计
1.2.1 主电路的搭建
1.2.2 控制电路的搭建
1.3 波形分析
步骤二：从PWM整流器到STATCOM仿真
2.1 仿真要求
2.2 仿真电路设计
2.2.1 主电路的搭建
2.2.2 控制电路的搭建
步骤三：从STATCOM整流器到APF仿真
3.1 仿真要求
3.2 仿真电路设计
3.3 波形分析
步骤一：基于滞环电流控制的PWM整流器仿真
1.1 仿真要求
- 搭建三相两电平电压型PWM整流器主电路，网侧输入电压为三相工频380V，直流输出电压为750V，功率开关采用IGBT；
- 适用三相PLL模块dq模型检测电流有功无功、搭建三相电流滞环控制模块、直流电压PI控制模块，要求控制网侧功率因数为1；
- 仿真并分析网侧电压和电流波形、三相PWM整流器输入端口电压波形及输出直流电压波形；
- 给出直流负载突变时，前述电压和电流波形。
1.2 仿真电路原理及设计
1.2.1 主电路的搭建
如图，网侧输入电压为三相工频380V，直流输出电压为750V，功率开关采用IGBT：
1.2.2 控制电路的搭建
首先，根据控制模型：
可得PWM变流器输出电压为：
公式中的比例系数与微分可通过PI控制器近似实现，可得如下框图：
相应simulink仿真电路如下：
但是，该控制模型结构较为复杂，故直接简化，采用滞环电流比较的直接电流控制系统。这种系统结构简单，电流响应速度快，控制运算中未使用电路参数，系统鲁棒性好。
其基本原理是把指令电流i*和实际输出电流i的偏差i*−i作为滞环比较器的输入。
S1通时，i增大，滞环比较器输出为负；S2通时，i减小，滞环比较器输出为正；通过环宽为2ΔI的滞环比较器的控制，i在i*+ΔI和i*−ΔI的范围内，呈锯齿状地跟踪指令电流i*：
在simulink中搭建三相电流滞环控制模块如下（指令电流为Iref，实际输出电流为I）：
1.3 波形分析
由所的波形可知，控制网侧功率因数近似为1。
PI参数选择：kp: 0.565；ki: 0.765。
通过step模块相加的跳变波形来控制背对背IGBT开关器件的开断，达到负载突变的效果（一个step模块于0.1s从0阶跃为1，另一个step模块于0.2s从0阶跃为-1，从而使负载阻值于0.1s时突变为原来的1/2，再于0.2s时突变为原来的阻值）：
网侧电压和电流波形、三相PWM整流器输入端口电压波形及输出直流电压波形如下（包含直流负载突变时的情况）：
由图可知，在直流负载阻值突变为原来一半时：输出直流电压稍有下降；网侧电压波形三相频率略有降低、幅值略有下降；网侧电流幅值上升；三相PWM整流器输入端口电压波形三相频率略有降低。
步骤二：从PWM整流器到STATCOM仿真
2.1 仿真要求
- 在PWM整流器基础上，增加无功负载;
- 增加负载无功电流的检测;
- 将PWM整流器的无功给定为0的模块，替换为负载无功电流检测模块的输出;
- 让PWM整流器补偿无功。
2.2 仿真电路设计
2.2.1 主电路的搭建
在PWM整流器基础上，增加无功负载、增加负载无功电流的检测：
2.2.2 控制电路的搭建
将PWM整流器的无功给定为0的模块，替换为负载无功电流检测模块的输出，让PWM整流器补偿无功，则1.2.2中的框图改变为：
再结合滞环简化后，根据框图搭建simulink控制部分仿真电路如下：
其中，LPF低通滤波器由两个filter模块和一个常数0组成：
步骤三：从STATCOM整流器到APF仿真
3.1 仿真要求
- 在STATCOM仿真基础上，增加谐波负载电流的检测;
- 将STATCOM整流器的谐波补偿指令电流加入的电流跟踪指令;
- 让变换器具有补偿谐波的功能。
- 给出负载突变补偿谐波和无功的结果
3.2 仿真电路设计
对应框图如下：
在STATCOM仿真基础上，增加谐波负载电流的检测; 将STATCOM整流器的谐波补偿指令电流加入的电流跟踪指令; 让变换器具有补偿谐波的功能：
3.3 波形分析
负载突变补偿谐波和无功的结果：
输出直流电压（响应速度快，无超调，负载突变时稳定性良好）：
