12、微电网电力系统中的转换器建模与应用

微电网电力系统中的转换器建模与应用

1. 脉冲宽度调制整流器概述

脉冲宽度调制（PWM）整流器在三相交流/直流/交流系统中应用广泛，这得益于其具备直流电压提升与调节、输入功率因数校正以及输入电流谐波控制等能力。不过，直流链路电压通常包含显著的二次谐波分量，这会对整流器控制器的电压环路产生影响，尤其是在控制增益较高的情况下。

三相交流/直流/交流电压刚性系统由前端整流器、带电容的直流链路和逆变器组成，常用于电机驱动、在线不间断电源（UPS）以及分布式发电系统。整流器控制器有两个反馈回路：外部电压回路和内部电流回路。其中，电压调节器生成电流指令，用于调节电流和控制功率因数。

在正常运行条件下，作为分布式发电中的直流电源，稳态直流母线电压需保持在额定值加上可接受的变化范围内，这由直流母线存储系统支持。然而，一旦逆变器输出功率因负载周期变化或不平衡而改变，输出功率不再恒定，就会导致直流链路电压波动。此时，需要解决两个控制问题：
- 存储系统要将直流母线电压维持在可接受范围内。
- 控制逆变器向电网提供有功和无功功率。

微电网分布式发电（DG）系统中，假设可变频率功率由风电场或高速微型涡轮机产生，产生的交流功率经整流后存储在高功率密度电容器或存储设备中。DG的控制目标是消除三相逆变器负载不平衡对前端输入电流的影响，同时保证单位功率因数和快速的直流母线电压调节，以应对负载干扰。

2. 三相电压源整流器的正弦PWM开关分析

对整流器运行模式的分析是基于每相进行的。当整流器电压 $V_{PWM,a}$ 滞后电源电压 $V_{AN}$ 一个角度 $\delta$ 时，AC/DC 转换器以整流模式运行，功率从交流侧流