基于aβ变换的三相PWM整流器前馈控制策略研究

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1、基于a卩变换的三相PWM整流器前馈控制策略研究■机电论基于ap变换的三相PWM整流器前馈控制策略硏究高娜张丽娜（西安铁路职业技术学院，陕西西安710014）［摘要］为满足未来电网对三相AC/DC变换装置的性能需求z在两相静止坐标（ap）坐标系下对三相电压型PWM整流器的控制系统进行设计。采用基于预测电流控制的控制策略，根据输入输出之间的功率平衡关系，提岀一种基于卯变换的前馈控制策略，使前馈信号同时包含了电网电压和负载的信息，通过快速调节交流侧电流，维持了系统功率平衡，从而解决了三相电压型PWM整流器受负载扰动和电网波动影响较大的问题。试验结果验证了设计方案的正确性。关

2、键词PWM整流器;前馈控制；预测电流控制；PI调节器0引言随着全球能源危机的不断加深,我国电动车辆产业将步入快速发展期,这也极大地推动了充电站和充电桩的建设,大量电动车辆的充电行为势必将会给电网带来较大冲击。为保证电网及其它用电设备的用电安全，首先要限制网侧输入电流谐波含量。传统采用基于两相同步旋转坐标（dq）变换的三相PWM整流器控制系统存在结构复杂、控制参数难整定、坐标变换运算量大的缺点，本文采用基于变换的前馈控制策略，通过前馈控制消除扰动对系统的影响，在简化控制系统的同时，提高了三相电压型PWM整流器对电网电压跌落及负载变化的抗干扰能力。1三相电压型PWM整流器

3、的数学模型三相电压型PWM整流器的主电路拓扑结构如图1所示。图屮，・CC为三相对称电H相电斥，勺三郴线电：±;$、$为整流器的开关函数，几为宜流电爪;愿上为滤蔽电抗器的电阻和电感汇为虫流側电容必为负微;匚、几」：为整流器的输入相电压仏为宜流傭电派m为负製迫流°根据难尔帘夫电斥电流定律可以建立采用开关甬数笊逹的=相PW整流器亦三梢静止坐标系下的数学模璧为：2.务+斤・*.N=«•.„c警d.S.+LSUS,弋=相静止坐标录（心）到两相静止坐标系（矽）的等功率变换式为:4~T式I与式2联立可得出=相电爪空pwm恰逍幣rr简相衿止坐标系（率）上的数学模

4、住为：<3)2基于aB变换的三相电压型PWM整涼為控制系统设计2.1基于两和静止燮标系:谄

5、的议环控制结絢由式3得到亦叩坐标系下三相电乐唱PWM英流器交说侧电流力段为:1」.是整進祚交流灣电乐矢ft存O0軸上的分兄幣流器交流儷电流矢就亦afi轴上的分童；是微分鼻了由上式得到=相电压空PWM整流器口岸、坐标系下交流侧第人电压为:匚f7%略J—R血』叨®⑴对式5进行离散化得饷+—⑴式中［仏+1八;(21)分别指第K+I次采村•同期5rJ采样位，这里分別用给定血来代替•此式即为预测电池乐外坏*用pi珂节器，则出为指令电谎編血基常匚上z“<■,杓相垃问步估号相乘讶到指令电流f

6、fu：4+l)和*(2%2.2基于?琢?茁变换的控制系统参数整定前馈控制增强了系统稳态时对负载扰动和电网电压波动的抗干扰能力”但是在启动过程中仍需电压PI调节器来建立直流侧电压［引，在启动过程中，直流侧电压较小，电压PI调节器输入偏差比较大，其输出占指令电流值的绝大部分；当系统进入稳态，PI调节器输出几乎为零，前馈信号分量作为指令电流值，系统对负载扰动和电网电压波动具有很好的抗干扰能力。采用前馈控制策略的三相电压型PWM整流器的控制框图如图2所示:考虑到电压环采样时间存在延时，将其等效为一个惯性环节［4・5］,其小惯性时间常数为电压值采样时间Ts;预测电流环节也等效为

7、惯性环节，其小惯性时间常数为电流值采样时间Ts;设电压环PI调节器的数学模型为Kp+KI/s。由此得到三相电压型PWM整流器电压外环控制结构如图3所示。图2采用舸馈捽刮策略的三相电ffi®PWMK流器的捽制毎图图3三相电压型PWM整流器电压外坏捽茅结构为简化控制结构，将电压采样小惯性时间常数Ts同预测电流环节等效小时间常数Ts合并，且不考虑负载电流iL扰动，经简化后的电压环控制结构为图4戶你。图4简化点的电压外环捽制结构3三相PWMAC/DC变换系统的软硬件设计3丄系统硬件结构的设计系统硬件结构的设计主要包括功率变换主电路的设计和控制电路的设计。功率变换主电路的设计包

8、括前置级三相电压型PWM整流器以及后级移相全桥DC/DC变换器主电路中相关元器件的选取；控制电路包括以TI公司TMS320LF2407ADSP为核心的控制电路，交直流电压电流信号的采集调理电路、开关管的驱动电路以及相关的保护电路。3.1.1功率变换主电路的设计整流器需要采用6个IGBT开关管进行控制，如果采用单独的IGBT开关管管再加上续流二极管，势必会使得整流器的体积变得很大，即加大了设计的复杂性又增加成本。而采用IPM智能功率模块就可以很方便地节约成本和减少体积。本文采用富士公司型号为6MBP25RA120的IPM智能模块该模块的电气性能为额定电