单相五电平脉冲整流器滑模比例积分谐振控制

发布时间：2025-01-14 06:19

　　 以基于耦合电感的新型单相五电平脉冲宽度调制(PWM)整流器为研究对象,为了提升系统动态响应、维持单位功率因数、减少网侧电流谐波含量,提出滑模比例积分谐振(PIR)控制算法.通过对新型单相五电平PWM整流器的电路拓扑和工作原理分析,构建整流器d-q同步旋转坐标系下的数学模型,推导整流器电压外环滑模和电流内环PIR控制算法,给出具体设计过程.与d-q坐标系传统比例积分(PI)电流控制算法相比,所提滑模PIR控制算法动态响应速度更快,网侧电流谐波含量更低.搭建基于MATLAB/Simulink的仿真模型和基于RTlab的半实物实时仿真平台,对滑模PIR控制算法与d-q坐标系传统PI电流控制算法分别进行计算机仿真和半实物实验对比研究,仿真和实验结果验证了所提滑模PIR控制算法的正确性和可行性.

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【部分图文】：

图1 新型单相五电平PWM整流器拓扑

如图1所示为新型单相五电平PWM主电路拓扑.图中，us、is分别为网侧电压和网侧电流；Ls、Rs分别为网侧等效电感、电阻；id为耦合电感公共端输出电流；udc、idc、Cd、RL分别为直流侧母线电压、负载电流、直流侧支撑电容、等效负载；S1～S6为6个功率开关管；Lb、Lc为2个....

图2 谐振控制器和准谐振控制器Bode图

如图2所示为kr=1、ω0=200π、ωc=5时谐振控制器和准谐振控制器的Bode图.图中，ω、?、L分别为频率、相位、幅值.可以看出，准谐振控制器在谐振频率处增益较低，带宽较大，能够降低系统敏感性，提升系统稳定性.使用准谐振控制器构成PIR控制器，传递函数为

图3 电流内环PIR控制示意图

为了尽可能多的降低网侧电流THD，在内环控制中使用多个准谐振控制器并联，构成多PIR控制器，其控制框图如图3所示.在d-q坐标系下将PI控制变为PIR控制，由式（21）、（26）可以得到其控制方程为

图4 新型五电平PWM整流器的滑模PIR控制系统框图

以新型单相五电平PWM整流器为研究对象，在MATLAB/Simulink环境下搭建仿真模型，对d-q坐标系传统PI电流控制和所提滑模PIR控制算法进行仿真对比分析.其中滑模PIR控制算法中并联谐振控制器为2个，电压外环滑模系数β=0.0045，谐振控制器截至频率ωc=5rad....

本文编号：4026531