电压源换流器的工作状态分析

在稳态情况下，若忽略谐波，电压源换流器交流电压的基波分量为与电网电压同频的正弦波形，因此可得换流器稳态等效电路，如图2-10所示。图2-10a为交流等效电路，图2-10b为直流等效电路。从交流侧看进去，换流器等效为一个幅值和相位均可控的基波电压源；从直流侧看进去，换流器等效为一个交变的脉冲电流源。

图2-10 两电平换流器稳态等效电路

a）交流侧稳态等效电路 b）直流侧稳态等效电路

设电网电压为u_s，换流器交流电压为u_c，为简化分析，忽略电感内阻R，以电网A相电压为相位参考，即有

于是

若以整流状态下有功功率为正，容性无功为正，则(www.xing528.com)

上式表明，控制换流器交流电压的幅值U_c和相位角δ，可以分别独立控制换流器与电网交换的无功功率和有功功率，使电压源换流器可工作于四象限，图2-11给出了四象限功率运行和特殊工作状态下的相量关系。要实现换流器的四象限运行，关键在于网侧电流的控制。网侧电流的控制可以通过控制换流器交流电压间接实现，也可以通过网侧电流的闭环控制直接实现。

电压源换流器控制的目的就是通过选择合适的可控变量，构建闭环控制结构来控制换流器的有功和无功分量等，但由于换流器系统的性能要求和输出滤波器的结构不相同，因此所采用的控制策略也有所不同。目前换流器的电流控制技术主要分为两大类，即间接电流控制和直接电流控制。

直接电流控制^［5，6］把换流器控制为电流源，在控制电路中引入网侧电流反馈信号，通过实时控制把并网电流快速地调节成所需。该方法对并网电流控制的响应速度快、控制准确度高，但其电流采样信号需有较高的实时性，控制结构和算法复杂。随着数字信号处理技术的发展，单片机与DSP（数字信号处理）的推广使用，高频大功率低损耗开关器件的不断涌现，直接电流控制获得越来越广泛的应用。

间接电流控制^［5，6］把换流器控制成为电压源，根据发电机并网理论中的电压、电流间的相量关系，调节换流器输出电压的幅值及相位，使并网电流为给定参考电流。该控制方法没有引入网侧电流信号反馈，减少了系统所需电流传感器的数量，控制简单，但其电网电流的动态响应慢，对换流器系统的电感参数变化较为敏感，控制准确度差。因此间接电流控制适合于动态响应要求不高，且控制结构要求简单的应用场合。

图2-11 电压源换流器的四象限运行示意图

a）整流状态1 b）整流状态2 c）单位功率因数整流状态 d）逆变状态1 e）逆变状态2 f）单位功率因数逆变状态 g）容性无功补偿状态 h）感性无功补偿状态