PWM整流器前饋解耦控制策略

吳波

摘 要：提高PWM整流器抗負(fù)載擾動能力、減少直流母線電容量是PWM整流器研究的重要內(nèi)容。文中針對常規(guī)PWM雙閉環(huán)PI整流器容易受負(fù)載波動影響的特點，提出了通過設(shè)計前饋解耦控制方式來改善抗負(fù)載擾動的性能。通過該整流器的物理電路建立了該整流器的模糊PI控制數(shù)學(xué)模型。Matlab/SimuLink仿真表明，通過前饋解耦方式可以提高整流器的抗負(fù)載擾動能力。

關(guān)鍵詞：整流器；前饋解耦；直流穩(wěn)定；PWM

中圖分類號：TP39；TM461 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2017）11-00-02

0 引 言

三相PWM整流器與傳統(tǒng)的二極管不控整流和晶閘管相控整流相比可以實現(xiàn)輸入電流正弦化和可控的功率因數(shù)，同時可降低輸入電流諧波，實現(xiàn)能量的雙向流動。三相PWM整流器與PWM逆變器組成的雙PWM變換器在電氣傳動和電源變換領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，另外在分布式能源中也獲得了廣泛應(yīng)用。在PWM整流器的應(yīng)用中，直流電壓的穩(wěn)定至關(guān)重要，當(dāng)負(fù)載急劇變化時，提高直流電壓的靜態(tài)穩(wěn)定性和動態(tài)調(diào)節(jié)響應(yīng)速度對提高PWM整流器的性能至關(guān)重要，所以提高PWM整流器的穩(wěn)態(tài)性能成為PWM整流器研究的重要內(nèi)容。

整流器的控制通常采用PI直接電流控制，但由于PWM整流器存在非線性耦合，且整流器在工作過程中易受外界負(fù)載的擾動，使得傳統(tǒng)PI控制不能很好地適用于整流器的實際應(yīng)用。許多專家學(xué)者都試圖用先進的控制理論取代傳統(tǒng)的PI控制，但難以在實際應(yīng)用中實現(xiàn)。

1 三相電壓型PWM整流器電流環(huán)和電壓環(huán)的設(shè)計

三相電壓型PWM整流器電流環(huán)和電壓環(huán)的設(shè)計如圖1所示。

對圖1所示的電路結(jié)構(gòu)，建立有開關(guān)函數(shù)描述的數(shù)學(xué)模型，如式（1）所示。由于交流側(cè)為交流時變量，采用PARK變換到（d，q）坐標(biāo)系中，以對直流變量進行控制。

式中：ed、eq為三相VSR電網(wǎng)交流電動勢矢量Edq的d、q分量； id、iq為三相VSR電網(wǎng)交流電動勢矢量Idq的d、q分量；p為微分算子。

PARK變換實現(xiàn)了對直流量的直接控制，但變換后系統(tǒng)的d，q軸變量存在耦合，所以必須采用解耦策略來消除變換后對控制器的不利影響，本文采用前饋解耦方法實現(xiàn)對控制器的解耦控制。

式中：id*、iq*為id、iq的電流給定值，Vd、Vq為交流側(cè)電壓矢量的d、q軸分量。

將式（4）帶入式（2）可得化簡后的基于前饋解耦的整流數(shù)學(xué)模型如下：

電流內(nèi)環(huán)是功率因數(shù)調(diào)節(jié)環(huán)，在雙閉環(huán)控制系統(tǒng)中，電壓外環(huán)設(shè)計是穩(wěn)定直流電壓的關(guān)鍵，電流內(nèi)環(huán)根據(jù)電壓外環(huán)的輸出值和給定值的差值進行調(diào)節(jié)，三電平整流器的前饋控制解耦圖如圖2所示。

2 實驗結(jié)果

采用前饋解耦方法得到的實驗結(jié)果圖3所示。

從圖3中可以看出，在前饋解耦的策略下實現(xiàn)了整流器直流端直流電壓的穩(wěn)定控制，驗證了控制策略的正確性。

3 結(jié) 語

本文介紹了三相VSR的數(shù)學(xué)模型，提出了前饋解耦控制方式，并通過Matlab/SimuLink進行了仿真，證明了該算法的正確性。

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