1 导言
如图1所示，一般的级联型高压变频器的整流部分都是选用不可控的二极管，因而能量传输不可逆，当电机处于再生发电状况时，回馈的能量传输到直流母线电容上，发生泵升电压，使电容电压不稳。过高的泵升电压有或许损坏开关器材，然后要挟变频器的安全作业。
为此本文选用老练的三相pwm整流技能，运用可控开关器材组成单个功率单元的整流电路，完成能量双向传输。一起对直流母线电容电压进行闭环操控来安稳直流母线电容的电压。这种办法还能完成网侧单位功率因数，使级联型高压变频器成为真实的绿色变频器。仿真证明该办法简略有用。
2 单个功率单元整流部分的数学建模及作业原理
从图1(a)的拓扑结构能够看到，级联型高压变频器由多个功率单元级联而成。因而，能够以单个功率单元为研讨目标，树立它的数学模型并剖析其作业原理。
从图1(b)能够看到，功率单元的整流部分是由不可控的二极管组成。为了完成能量回馈，安稳直流母线电容电压，需要用可控的igbt代替二极管，进行pwm整流操控。图2是改造后的功率单元拓扑结构图。
图2中，lx(x=a，b，c)为沟通侧滤波电感，电阻rx(x=a，b，c)为滤波电感lx的等效电阻和功率开关管损耗等效电阻的兼并。
设三相电源电压为：
式中：ed，eq，id，iq分别为功率单元整流部分的电源电压矢量、输入电流矢量在d-q轴上的重量。
由(3)式能够看出，d、q轴变量彼此耦合，因而无法对d、q轴的电流进行独自操控。为此引进id、iq的前馈解耦操控，且选用pi调理器作为电流环操控器，则有以下方程：
式中：ud*、uq*是d-q轴的电压给定；kdp和kdi分别是d轴pi调理器的份额和积分系数；kqp和kqi分别是q轴pi调理器的份额和积分系数。
由式(4)能够看出，电压指令现已完成了彻底解耦操控，其体系操控框图如图3所示。图3中，选用由pi调理器组成的电压－电流双闭环结构，外部电压环用于完成输出电压的安稳，内部电流环操控沟通输入电流与输入电压同相。其作业原理如下：输出电压vdc和给定参阅电压vdc*比较后送入电压pi操控器，电压操控器的输出信号作为网侧电流有功重量的给定值id*，其巨细依据整流器的有功输出调理，为到达单位功率因数整流或逆变，无功重量的给定值iq*设定为0，稳态时dq轴的电流给定信号都为直流量，两个给定值与网侧经过改换后的反应值id、iq比较较后，送入电流pi调理器，在经过解耦和dq→αβ改换后得到三相网侧电压在两相停止坐标系上的操控信号，再经过电压空间矢量脉宽调制模块后，输出六路svpwm操控信号，然后完成对功率单元整流器的操控。
3 功率单元级联的仿真体系
依照第2节介绍的数学模型，建立的功率单元仿真模型如图4所示。
其间，整流部分操控器的仿真模型如图5所示。
4 功率单元级联的仿真体系
图6是每相串联3个功率单元级联型高压变频器的体系仿真模型。
5 仿真试验
在体系仿真中选用的试验参数如下：电压环采样频率为2.5khz；电流环采样频率为2.5khz；三相pwm整流器输入电压有用值vm=380v；电感寄生电阻阻值r=0.5ω；直流母线电压给定vdc*=750v，初始电压vdc=550v；三相输入电源频率f=50hz；三角波载波频率fs=2.5khz；直流母线端%&&&&&%c=3200μf；网侧滤波电感l取0.8mh。负载功率为1mw。仿真中不考虑开关损耗的影响。
本仿真试验中，在0～0.25s，级联变频器的整流器处于不控整流状况，由整流器中igbt内反并联的二极管进行不可控整流；在0.25s～0.55s，级联变频器的整流器处于可控整流状况，整流器中的igbt开端作业；在0.55s变频器突投负载；在0.8s改动变频器受控电流源的电流方向，变频器的能量开端回馈，级联变频器的整流器由整流状况转变成逆变状况。
图7是级联型变频器网侧相电流、相电压和功率单元直流母线电压的仿真波形。从图7(b)中能够看出，在0.25s级联变频器的整流器开端作业时，vdc由初始值550v敏捷上升至给定值vdc*，并很快安稳下来；在0.55s时，变频器突投负载，vdc被瞬时拉低，但很快就能从头安稳在给定值。安稳后电压动摇很小；在0.8s时间，由于改动受控电流源的电流方向，变频器的能量开端回馈，整流器开端由整流状况转变成逆变状况。回馈的能量使vdc在0.8处瞬时拉高，但由于级联变频器的整流器的呼应速度非常快，很快就使vdc从头安稳在给定值。一起，也由于整流器的呼应速度快，使vdc在0.8处的升高的不多，确保了体系的安全运转。
从图7(a)中能够看出，在0.25s时级联变频器的整流器开端作业时，网侧电流有些动摇，但在很快就能安稳下来；在0.55s变频器突投负载时，网侧电流动摇很小，并很快安稳下来。经过比较网侧电压和电流的相位能够看出，两者相位简直堆叠在一起，功率因数挨近于1；在0.8s时间，级联变频器进入能量回馈的状况，整流器处于逆变状况。整流器使网侧电流的相角网侧电压的相差近180°，功率因数挨近-1。级联变频器逆变器的三相输出电压、电流和单相输出电压波形如图8所示。
6 结束语
经过仿真试验的波形能够看出，改善后的级联型高压变频器不只能够进行能量的双向传输，完成能量回馈；并且，操控体系的呼应速度非常快，使变频器具有较好的动态功能。因而，该改善计划是正确可行的。
