帶負(fù)載電流前饋的三相VSR的控制策略

高立東 馮麗娜

【摘 要】在三種坐標(biāo)系下詳細(xì)分析了三相電壓型PWM整流器的數(shù)學(xué)模型，采用雙閉環(huán)控制策略，在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下構(gòu)建外環(huán)電壓和內(nèi)環(huán)電流雙閉環(huán)的控制模型，電壓外環(huán)引入負(fù)載電流前饋控制，并且利用能量守恒的原理和數(shù)字化實(shí)現(xiàn)的原理設(shè)計(jì)了電壓外環(huán)的PI參數(shù)，準(zhǔn)確估計(jì)了負(fù)載電流。仿真結(jié)果表明系統(tǒng)的電壓電流響應(yīng)迅速準(zhǔn)確，抗擾動(dòng)能力明顯提高。

【Abstract】Under three kinds of coordinate systems， the mathematical mode of PWM rectifier of three phase voltage mode is analyzed in detail. A double closed loop control strategy is used to construct the double loop control mode of outer loop voltage and inner loop current in two phase rotating coordinate system， and load current feed-forward control is introduced in the voltage outer loop. Through using the principle of energy conservation and digital realization， the PI parameters of the voltage outer loop are designed， and the load current is accurately estimated. The simulation results show that the voltage and current response of the system is fast and accurate， and the ability of anti disturbance is obviously improved.

【關(guān)鍵詞】雙閉環(huán)；前饋；能量守恒

【Keywords】double closed loop； feed-forward； conservation of energy

【中圖分類號(hào)】TM424 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2018）08-0173-03

1 引言

擁有端口正弦電流，可調(diào)功率因數(shù)，雙向流動(dòng)的能量，可調(diào)電壓的PWM技術(shù)，是能源友好型技術(shù)重點(diǎn)發(fā)展方向。新能源系統(tǒng)一直研究此項(xiàng)技術(shù)，特別是直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電、光伏并網(wǎng)發(fā)電。PWM整流器是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)機(jī)側(cè)BOOST升壓、可調(diào)功率因數(shù)和最大功率跟蹤控制（MPPT）[1-2]的關(guān)鍵技術(shù)。功率控制風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的核心，為達(dá)到最大指標(biāo)功率，捕捉最大風(fēng)能，利用永磁同步發(fā)電機(jī)定子磁場(chǎng)定向原理使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩跟隨風(fēng)速變化，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)輸出。

在20世紀(jì)末期，由于A.W.格林等人提出基于坐標(biāo)變換的PWM整流器的連續(xù)和離散動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，使PWM整流器提升到嶄新的水平。電壓型PWM整流器主要研究電流控制的控制策略。由于三相電壓型PWM整流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采用相應(yīng)的控制系統(tǒng)策略和濾波器就可以得到高品質(zhì)輸出輸入電流?；陔娏麟妷弘p環(huán)控制的三相PWM整流器一般采用間接或者直接電流控制方法。

2 數(shù)學(xué)模型

三相半橋PWM整流器主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下圖。每個(gè)橋臂是由兩個(gè)帶反并聯(lián)二極管的IGBT開關(guān)管串聯(lián)組成，共有3個(gè)橋臂。從圖中可以看出，交流側(cè)三相電壓源和三相電流分別是ea、eb、ec、ia、ib、ic；輸入側(cè)電感和輸入側(cè)等效電阻分別是L和R，三個(gè)橋臂的交流輸入測(cè)電壓分別為ua、ub和uc，直流側(cè)電壓為udc，負(fù)載是RL。

4 仿真結(jié)果

利用Simulink中的SimpowerSystems模塊搭建三相VSR仿真模型，仿真使用電網(wǎng)電壓矢量定向和SVPWM調(diào)制方式，將電網(wǎng)電壓定向在軸，利用電網(wǎng)電壓瞬時(shí)值獲得電網(wǎng)電壓的矢量角，使用直接電流控制技術(shù)降低電流諧波含量，建立合適的微分器，估計(jì)負(fù)載電流。

本文所采用PI設(shè)計(jì)算法和負(fù)載電流的估計(jì)方法是正確的，它實(shí)現(xiàn)了三相整流器的單位功率因數(shù)運(yùn)行，負(fù)載的電流準(zhǔn)確估計(jì)，有效提高了整流器的抗干擾能力。

【參考文獻(xiàn)】

【1】趙仁德，王永軍，張加勝. 直驅(qū)式永磁同步電機(jī)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)最大功率追蹤控制[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2009，29（27）：106-111.

【2】姚駿，廖勇，莊凱. 永磁直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組的雙PWM變換器協(xié)調(diào)控制策略[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2008，32（20）：88-92.