基于MATLAB的高功率因數(shù)整流器仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)研究

1 概述
    簡(jiǎn)單系統(tǒng)可直接建立模型，并分析模塊之間的相互關(guān)系以及模塊輸入輸出關(guān)系。但對(duì)相對(duì)復(fù)雜的系統(tǒng)，Simulink包含多個(gè)模塊，使得各個(gè)模塊之間的相互關(guān)系非常復(fù)雜，不利于分析。為此，可將具有一定功能的模塊群進(jìn)行封裝，用戶不必了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，只需了解其功能和輸入?yún)?shù)即可。而且每個(gè)模塊可移植。仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)封裝的主要模塊包括：典型的單相整流器主電路，三相全控橋整流器主電路，檢測(cè)模塊(坐標(biāo)變換)，脈沖產(chǎn)生模塊，控制模塊，測(cè)量模塊等。通過仿真得到三相可逆PWM整流器的主電路電感值、開關(guān)頻率等參數(shù)，并影響到輸入電流總諧波失真(THD)、電源功率因數(shù)以及系統(tǒng)輸出直流電壓，從而為實(shí)際設(shè)計(jì)確定主電路的參數(shù)提供可靠依據(jù)，對(duì)三相可逆PWM整流器設(shè)計(jì)具有實(shí)際意義。

2 模塊庫(kù)的建立
    仿真平臺(tái)的建立是通過在Simulink Library Browser下面創(chuàng)建一個(gè)自己的模塊庫(kù)實(shí)現(xiàn)，新建庫(kù)名為kongde。用右鍵打開模塊庫(kù)，并將自己封裝的模塊添加到庫(kù)中。添加完所有模塊并保存之后，點(diǎn)擊Simulink Library Browser下面的kongcle，便顯示了該模塊庫(kù)中的所有模塊，如圖1所示。仿真時(shí)，只需將各個(gè)功能模塊從模塊庫(kù)中添加到模型文件中，設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，并把各個(gè)功能模塊按照原理連接即可觀察結(jié)果。

3 模塊封裝
3．1 整流器主電路
    所建的整流器主電路采用阻感負(fù)載。三相電壓型PWM整流器主電路如圖2所示。對(duì)于Simulink依據(jù)整流器的數(shù)學(xué)模型，采用開關(guān)函數(shù)微分方程組搭建模型，仿真運(yùn)算速度較快。由于模塊庫(kù)對(duì)諸如IGBT的緩沖電路參數(shù)，開關(guān)延時(shí)等參數(shù)有細(xì)致建模，故而更接近真實(shí)情況，如圖3所示。

3．2 控制模塊
    仿真時(shí)所用的控制模塊是基于空間電壓矢量的電流解耦控制算法，電流解耦控制模塊如圖4所示。

[!--empirenews.page--]3．3 功率因數(shù)測(cè)量模塊
    因數(shù)測(cè)量包括功率因數(shù)、基波位移因數(shù)、畸變因數(shù)、以及有功功率、無功功率、視在功率等。對(duì)于三相系統(tǒng)，如果三相電壓電流波形對(duì)稱，則有功功率為三相有功之和，無功功率為三相無功之和，如圖5所示。此模塊可測(cè)量三相系統(tǒng)功率因數(shù)，以及有功、無功、視在功率等。

4 基于仿真模塊的三相VSR系統(tǒng)的仿真
    整個(gè)系統(tǒng)是由一個(gè)電壓環(huán)和2個(gè)電流環(huán)組成的雙內(nèi)環(huán)單外環(huán)的雙環(huán)控制結(jié)構(gòu)，電壓環(huán)不僅控制直流輸出電壓，并將電壓環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出作為有功電流id的給定，無功電流iq的給定可以直接設(shè)為零。在電流電壓雙環(huán)系統(tǒng)中，作為內(nèi)環(huán)的電流環(huán)直接決定著整個(gè)系統(tǒng)動(dòng)靜態(tài)特性的優(yōu)劣。整個(gè)系統(tǒng)的仿真模型如圖6所示，該系統(tǒng)包括主電路模塊、檢測(cè)模塊、電流解耦控制模塊、SVPWM模塊以及測(cè)量模塊。該模型中的主要模塊均從kongde模塊庫(kù)中添加，按照功能連接好相應(yīng)模塊即可仿真。設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，具體參數(shù)如表l所示。

    設(shè)置好參數(shù)后可對(duì)系統(tǒng)仿真。突增負(fù)載時(shí)交流側(cè)電壓、電流波形與直流側(cè)負(fù)載波形如圖7所示；突增負(fù)載時(shí)交流側(cè)三相電流波形如圖8所示；突減負(fù)載時(shí)交流側(cè)電壓電流波形與直流側(cè)負(fù)載波形如圖9所示；突減負(fù)載時(shí)交流側(cè)三相電流波形如圖10所示。

    通過仿真結(jié)果可以看出：基于空間電壓矢量的電流解耦控制算法，使三相VSR在穩(wěn)態(tài)時(shí)交流側(cè)電流波形對(duì)稱且為正弦，相電流與相電壓同相位，且直流側(cè)電壓穩(wěn)定，負(fù)載突變時(shí)，電壓有一定波動(dòng)，但很快在一個(gè)周波內(nèi)跟上給定值，可見系統(tǒng)具有較強(qiáng)的魯棒性。通過測(cè)量可知，三相系統(tǒng)的功率因數(shù)近似為1，并測(cè)量其中一相的電壓、電流，測(cè)得基波位移因數(shù)以及畸變因數(shù)均近似為l。在暫態(tài)過程中，電流具有快速的跟隨性能，系統(tǒng)暫態(tài)過渡時(shí)間短。在負(fù)載突變發(fā)生時(shí)，都能保持正弦電流波形，并且保持高功率因數(shù)運(yùn)行。三相VSR的基于空間電壓矢量的電流解耦控制，直流側(cè)電壓更穩(wěn)定，紋波更小，功率因數(shù)較高。同時(shí)三相VSR亦可運(yùn)行在單位功率因數(shù)逆變狀態(tài)。

5 結(jié)語
    所建立的仿真平臺(tái)可提供一個(gè)更深入學(xué)習(xí)基本理論的機(jī)會(huì)，而不是僅限于書本知識(shí)，在仿真過程中。必然會(huì)碰到各種問題，通過改變各種參數(shù)來分析波形，從而分析參數(shù)對(duì)整個(gè)仿真系統(tǒng)的影響。仿真平臺(tái)有一定局限性，只對(duì)幾種常見的整流器進(jìn)行封裝，同時(shí)有些參數(shù)固定，比如PWM周期(0．02 s)，若要改變周期，同時(shí)也得改變電源周期，這些還有待改進(jìn)。