三相PWM并网换流器滑模控制策略研究
发布时间：2022-01-01 11:01
针对传统双闭环控制器中比例积分（PI）控制器参数敏感、系统暂态响应较慢、抗扰动性差、网侧电流谐波大等问题,提出一种适用于三相脉宽调制（PWM）并网换流器的双闭环滑模变结构控制方案,有效改善直流侧输出电压稳定并提升网侧电流性能,给出了理论设计方案。为验证所提策略的有效性,基于实验室平台搭建了满额功率为5.8 kW的样机模型,测试结果表明采用所提滑模变结构控制算法后网侧电流质量得到显著改善,且在负载变化时表现出良好的暂态性能和鲁棒性能。
【文章来源】：电力电子技术. 2020,54(08)北大核心CSCD
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
图１?ＰＷＭ整流器拓扑??Ｆｉｇ．?１?Ｔｏｐｏｌｏｇｙ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＰＷＭ?ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ??
＋Ｓｃｉｃ－ｉｕ??采用等功率变换后，可得三相ＰＷＭ并网整流??器在坐标系下回路方程为：??ＬｄｉＪｄｔ＋Ｒｉｊ－ｗＬｉ＾＋Ｓｊｕ＾Ｕ＾??■?Ｌｄｉｑ／ｄｔ＋Ｒｉ，＋ｗＬｉ，｛￥Ｓｑｕｃ＝Ｕ＾?（３）??［ｃｄｕ（／ｄｔ＝ＳｄｉＪ＋Ｓ，ｔ，－ｉｉ．??式中：为网侧电压在＜９坐标系下的直流分董名??为有功、无功电流。??３双闭环滑模变结构控制策略??传统电压、电流双闭环采用电压外环Ｐ丨与电??流内环ＰＩ相结合的控制结构，系统性能对于ＰＩ??控制器参数敏感、抗干扰性差。??图２为提出的基于ＳＭＣ算法的ＰＷＭ并网换??流器控制原理图。电压外环通过实时采样直流侧??电压实现直流电压控制，将电压外环ＳＭＣ输出信??号作为匕给定，无功电流设置为零以实现单位功率??因数控制，利用ｄ，坐标系下电流控制生成??ＳＶＰＷＭ电压信号，从而实现对并网换流器的开关??控制，这里设计采用的ＳＭＣ双闭环控制系统结构??框图见图２。与传统双闭环ＰＩ控制结构相似，设??计采用的为基于滑模变结构的双闭环系统，可分??为电压外环滑模控制器与电流内环滑模控制器，??其中Ｌ由电压外环生成，因此按照串级系统设计??思路，分别给出电压外环与＆设计方案，常规的滑??模变结构设计主要分为滑模面，控制律和趋近率??的设计等。其中控制系统的动态性能主要取决于??趋近率，而滑模控制律的主要作用是迫使系统状??态轨迹为平稳滑动面。??图２双闭环控制结构框图??Ｆｉｇ．?２?Ｂｌｏｃｋ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｄｏｕｂｌｅ?ｃｌｏｓｅｄ?ｌｏｏｐ?ｃｏｎｔｒｏｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??定义电压、电流误差函数与滑模切换函数为：??Ｓ２＝（ｕ〇０－ｕ〇）＾（
／??Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真软件分别构建了完整的双闭环ＰＩ与??ＳＭＣ策略的仿真模型并进行了完整的仿真对比分??析，输入电压３８０?Ｖ／５０?Ｈｚ；滤波电感２?ｍＨ；滤波??电容１?０８０?ｆＪｉＦ；输出直流电压７００?Ｖ；开关频率??４０?ｋＨｚ。图３为采用传统ＰＩ控制算法时，网侧电??压、电流输出波形与网侧电流傅里叶分析结果??（０．１￣０．３ｓ共１０个周波），由图３可见，当采用传??统策略时，网侧电流输出存在明显畸变，网侧电流??总谐波畸变率（ＴＨＤ）达到４．０４％。??图４为采用提出的ＳＭＣ策略时网侧电压、电??流与网侧电流ＦＦＴ分析结果，对比图３，４可以看??到，与传统ＰＩ控制相比，采用提出的ＳＭＣ策略时??网侧电流畸变小，并网电流质量得到显著改善，有??效说明了提出的策略的正确性。??＜??４００??＾?２００??？?〇??－－２００??－４００??２０??０??－２０??ＷＡＡＡＡＡＡＡＡ??？?ｉ??．??ＴＨＤ＝＼Ｊ６％??■?ＷＶＶＶＶ?ＶＶ?＇、丨??＾０．８??Ｓ０．６??瑶０．４??羥０．２??０??－??－??ｗｗｍ??１??ｔ?ｄ?ｌ?丄ｌ?ｉ丨?１．?Ｉｌｌｎ??０．１?０．１４?０．１８?０．２２?０．２６?０．３??ｔ／ｓ??（ａ）稳态输出波形??０?２?４?６?８?１０?１２?１４?１６?１８?２０??谐波次数??（ｂ）网侧电流傅里叶分析结果??图４?ＳＭＣ下仿真波形??Ｆｉｇ．?４?Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ?ｗａｖｅｆｏｒｍｓ?ｗｉｔｈ?ＳＭＣ??为进一步验证ＳＭＣ方案的可行性，图５给出??了在０．５?ｓ时系统由半载切换至满功率运行时的??
【参考文献】：
期刊论文
[1]PWM整流器的滑模与无源性协调控制研究[J]. 阎国君,于海生. 青岛大学学报(工程技术版). 2017(03)
[2]三相PWM整流器模型预测控制的研究[J]. 刘丛伟,林跻云. 电气工程学报. 2017(03)
[3]基于等效载波SVM的Vienna整流器比例重复控制[J]. 党超亮,同向前,黄晶晶,尹军. 电力电子技术. 2016(12)
[4]新型PWM整流器预测直接功率控制研究[J]. 郑宏,王哲禹,黄俊,张云. 电气传动. 2016(03)
[5]无电压传感PWM整流器的虚拟磁链自适应滑模观测研究[J]. 肖雄,张勇军,王京,李华德. 电工技术学报. 2015(12)
[6]基于PR调节器的PWM整流器VFOC控制[J]. 戴鹏,董苏,程尧,符晓. 电气传动. 2012(04)
[7]基于滑模电压控制的PWM整流器研究[J]. 张志,谢运祥,乐江源,陈林. 电气传动. 2009(10)
本文编号：3562237
【文章来源】：电力电子技术. 2020,54(08)北大核心CSCD
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
图１?ＰＷＭ整流器拓扑??Ｆｉｇ．?１?Ｔｏｐｏｌｏｇｙ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＰＷＭ?ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ??
＋Ｓｃｉｃ－ｉｕ??采用等功率变换后，可得三相ＰＷＭ并网整流??器在坐标系下回路方程为：??ＬｄｉＪｄｔ＋Ｒｉｊ－ｗＬｉ＾＋Ｓｊｕ＾Ｕ＾??■?Ｌｄｉｑ／ｄｔ＋Ｒｉ，＋ｗＬｉ，｛￥Ｓｑｕｃ＝Ｕ＾?（３）??［ｃｄｕ（／ｄｔ＝ＳｄｉＪ＋Ｓ，ｔ，－ｉｉ．??式中：为网侧电压在＜９坐标系下的直流分董名??为有功、无功电流。??３双闭环滑模变结构控制策略??传统电压、电流双闭环采用电压外环Ｐ丨与电??流内环ＰＩ相结合的控制结构，系统性能对于ＰＩ??控制器参数敏感、抗干扰性差。??图２为提出的基于ＳＭＣ算法的ＰＷＭ并网换??流器控制原理图。电压外环通过实时采样直流侧??电压实现直流电压控制，将电压外环ＳＭＣ输出信??号作为匕给定，无功电流设置为零以实现单位功率??因数控制，利用ｄ，坐标系下电流控制生成??ＳＶＰＷＭ电压信号，从而实现对并网换流器的开关??控制，这里设计采用的ＳＭＣ双闭环控制系统结构??框图见图２。与传统双闭环ＰＩ控制结构相似，设??计采用的为基于滑模变结构的双闭环系统，可分??为电压外环滑模控制器与电流内环滑模控制器，??其中Ｌ由电压外环生成，因此按照串级系统设计??思路，分别给出电压外环与＆设计方案，常规的滑??模变结构设计主要分为滑模面，控制律和趋近率??的设计等。其中控制系统的动态性能主要取决于??趋近率，而滑模控制律的主要作用是迫使系统状??态轨迹为平稳滑动面。??图２双闭环控制结构框图??Ｆｉｇ．?２?Ｂｌｏｃｋ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｄｏｕｂｌｅ?ｃｌｏｓｅｄ?ｌｏｏｐ?ｃｏｎｔｒｏｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??定义电压、电流误差函数与滑模切换函数为：??Ｓ２＝（ｕ〇０－ｕ〇）＾（
／??Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真软件分别构建了完整的双闭环ＰＩ与??ＳＭＣ策略的仿真模型并进行了完整的仿真对比分??析，输入电压３８０?Ｖ／５０?Ｈｚ；滤波电感２?ｍＨ；滤波??电容１?０８０?ｆＪｉＦ；输出直流电压７００?Ｖ；开关频率??４０?ｋＨｚ。图３为采用传统ＰＩ控制算法时，网侧电??压、电流输出波形与网侧电流傅里叶分析结果??（０．１￣０．３ｓ共１０个周波），由图３可见，当采用传??统策略时，网侧电流输出存在明显畸变，网侧电流??总谐波畸变率（ＴＨＤ）达到４．０４％。??图４为采用提出的ＳＭＣ策略时网侧电压、电??流与网侧电流ＦＦＴ分析结果，对比图３，４可以看??到，与传统ＰＩ控制相比，采用提出的ＳＭＣ策略时??网侧电流畸变小，并网电流质量得到显著改善，有??效说明了提出的策略的正确性。??＜??４００??＾?２００??？?〇??－－２００??－４００??２０??０??－２０??ＷＡＡＡＡＡＡＡＡ??？?ｉ??．??ＴＨＤ＝＼Ｊ６％??■?ＷＶＶＶＶ?ＶＶ?＇、丨??＾０．８??Ｓ０．６??瑶０．４??羥０．２??０??－??－??ｗｗｍ??１??ｔ?ｄ?ｌ?丄ｌ?ｉ丨?１．?Ｉｌｌｎ??０．１?０．１４?０．１８?０．２２?０．２６?０．３??ｔ／ｓ??（ａ）稳态输出波形??０?２?４?６?８?１０?１２?１４?１６?１８?２０??谐波次数??（ｂ）网侧电流傅里叶分析结果??图４?ＳＭＣ下仿真波形??Ｆｉｇ．?４?Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ?ｗａｖｅｆｏｒｍｓ?ｗｉｔｈ?ＳＭＣ??为进一步验证ＳＭＣ方案的可行性，图５给出??了在０．５?ｓ时系统由半载切换至满功率运行时的??
【参考文献】：
期刊论文
[1]PWM整流器的滑模与无源性协调控制研究[J]. 阎国君,于海生. 青岛大学学报(工程技术版). 2017(03)
[2]三相PWM整流器模型预测控制的研究[J]. 刘丛伟,林跻云. 电气工程学报. 2017(03)
[3]基于等效载波SVM的Vienna整流器比例重复控制[J]. 党超亮,同向前,黄晶晶,尹军. 电力电子技术. 2016(12)
[4]新型PWM整流器预测直接功率控制研究[J]. 郑宏,王哲禹,黄俊,张云. 电气传动. 2016(03)
[5]无电压传感PWM整流器的虚拟磁链自适应滑模观测研究[J]. 肖雄,张勇军,王京,李华德. 电工技术学报. 2015(12)
[6]基于PR调节器的PWM整流器VFOC控制[J]. 戴鹏,董苏,程尧,符晓. 电气传动. 2012(04)
[7]基于滑模电压控制的PWM整流器研究[J]. 张志,谢运祥,乐江源,陈林. 电气传动. 2009(10)
本文编号：3562237
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlilw/3562237.html
