电能回馈装置与二极管整流装置并联研究

根据图3对电能回馈拓扑结构进行改进后，启动装置且电机停止工作时，电网通过两组二极管快速对直流母线电容充电，Udc升至537 V左右，此时电网继续对Cf1，Cf2充电。电网正半波电压通过VD1，VD3，VD5对Cf1继续充电，使P点相对O点电位uPO最高达Em，即310 V；电网负半波电压通过VD2，VD4，VD6对Cf2继续充电，使uNO最高达-Em，即-310 V。故Udc最高达2Em，即620 V，正好满足式(9)，从而保证VD1，VD2可靠截止，无脉冲电流流过。其余两相分析同理。
当电机进入电动耗电状态时，Cf1，Cf2因电容很小，不能作为储能电容为电机提供电能，故Udc电压基本维持在537 V左右，此时拓扑结构工作方式与仅有二极管整流装置时完全一样。
当电机处在再生制动或被负载倒拖时，电机进入发电状态，Udc升高，当Udc高于620 V时，才能满足式(9)条件，二极管整流装置才会完全被截止，无脉冲电流流过。故设置Udc=2Em为电能回馈装置的门槛电压，仅当Udc>620 V时，电能回馈装置才会进入回馈状态。此时，uPO会围绕Udc／2上下波动，uNO会围绕-Uac／2上下波动，其平均值为：

式(10)仍满足式(9)条件，故Udc>2Em，电能回馈装置进入回馈状态后，能保证二极管整流装置完全被截止，有脉冲电流流过。由式(10)可知，改进后拓扑结构中，uNO与式(4)不再符合，因此，矢量控制不再适合作为电流回馈电网控制。同时，因为滞环电流控制能以三相指令电流为参考对回馈电流进行跟踪控制，且三相电流的控制是相互独立的，故此时拓扑结构只有滞环电流控制适合于电能回馈控制。在改进后拓扑结构中，电能回馈装置进入电流回馈电网状态后，uPO，uNO发生变化，如式(10)所示，c1点相对O点电位uc1O=Emsinθ，故可得滤波电容组的电压范围为：
uPc1≤400V+Em，uc1N≤400V+Em (11)
可见，Cf1，Cf2的电压等级最少为Em+400V。

3 仿真及实验结果
3．1 仿真分析
在Simulink中构建仿真系统，结果如图4所示。

由图4a，b可见，拓扑结构改进前，当三相电能回馈单元进入回馈状态后，整流二极管两端反向压降会达到零以下，从而导致二极管导通产生脉冲电流，对电网和回馈电流产生严重影响，致使电网电压和回馈电流产生严重畸变；由图4c，d可见，拓扑结构改进后，可从根本上解决上述问题。
3．2 实验结果分析
实验采用以DSPF28035为主的三相电能回馈平台，实验波形如图5所示。图5a为采用SVPWM双极性调制时ia和VD2两端正向压降uVD2+波形，ia有效值为5 A。图5b为改进拓扑结构后采用滞环单极性调制的ia，uu波形，ia有效值为12 A。可见，改进拓扑结构前，uVD2+>0，迫使VD2导通，产生脉冲电流，对回馈电流影响很大，致使电流总畸变率增加；改进拓扑结构后，采用滞环单极性调制可很好地控制电流，使电流谐波接近国家标准的要求，与仿真分析一致。

4 结论
研究了回馈装置与二极管整流装置并联带来的问题及解决方法，通过改进并联的拓扑结构解决了装置进入回馈状态后，因两种装置并联所产生的二极管整流装置存在脉冲电流的问题。分析论证了该问题的固有性及解决的必要性，通过仿真和实验证明了改进后拓扑结构可有效解决此问题，且可采用滞环单极性调制很好地控制电流，使电流谐波接近国家标准的要求。