低开关频率下PWM整流器电流控制策略研究.pdf

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1、第3O卷第5期电力科学与工程VoI_30．No．52014年5月ElectricPowerScienceandEngineeringM．dy，2014低开关频率下PWM整流器电流控制策略研究邱亮明，张琪，程善美，孙得金(1．华中科技大学自动化学院，湖北武汉430074；2．武汉征原电气有限公司，湖北武汉430012)摘要：谐波污染是单相PWM整流器控制的主要问题之一，而电流控制策略是谐波抑制的重要研究方向。充分考虑低开关频率对系统性能的影响，采用提高采样频率的方法，提出一种改进的基于重复控制的复合电

2、流控制策略。此策略抑制了低开关频率对补偿效果的影响，实现了无稳态误差控制，抑制输入电流的周期性谐波，改善了波形质量。仿真验证该控制策略是有效可行的。关键词：重复控制；低开关频率；采样频率；PWM整流器中图分类号：TM461文献标识码：ADOI：10．3969／j．issn．1672—0792．2014．05．007流器中基于改进的重复控制器的电流控制策略。0引言本文在MATLAB中分别对常规PI调节和复合控制的控制方案进行建模仿真以及比较，并在基于单相电压型PWM整流器具有四象限运行、TMS320F

3、28335的80kVA电力机车辅助变流器系输出直流电压稳定可调、输入侧电流正弦化以及统上的单相PWM整流器中进行物理实验验证。单位功率因数等优点，应用广泛,21。PWM整流器的关键是输入电流控制，其控制策略一直是国1单相PWM整流器的工作原理内外的研究热点。但是随着PWM整流器功率变大，器件承受电压升高，开关损耗也随之加大，单相PWM整流器的调制方式采用单极倍频为提高整流器的输出功率，需要降低脉宽调节的SPWM调制方式，其载波频率与开关频率相同，开关频率。而开关频率的下降，数字信号处理过设置为2kH

4、z。单相PWM整流器主电路的拓扑结程的采样频率下降造成的延迟，将对电流控制的构图如图1所示。假定图1中的功率开关为理想动态性能造成不利的影响。谐波污染是单相开关，无功率损耗和能量存储，方便单相PWMPWM整流器控制的主要问题之一，而电流控制策整流器数学模型的建立。略是谐波抑制的重要研究方向。电流控制策略中输入侧电压和输出侧电流平衡方程：最常用的PI控制无法消除输入电流的谐波，输入电流始终存在一定的畸变，因而重复控制对周期性干扰的抑制能力得到大家极大的关注，国内外已经有许多将重复控制应用在整流器中的研

5、究文章。但是大多数的论文都是集中在较高的开关频≥==cRJUlI～率时的电流控制策略上，而在低开关频率大功率hh的场合涉及很少。在分析重复控制稳定性和稳态误差的基础上，本文将重点研究开关频率对控制系统的影响，并图1单相PWM整流器拓扑结构图在此基础上提出了在低开关频率大功率PWM整收稿日期：2013—11—14。作者简介：邱亮明(1990一)，男，硕士研究生，研究方向为电力电子与电气传动，E—mail第5期邱亮明，等低开关频率下PWM整流器电流控制策略研究35而设置的，对重复控制系统的性能有决定性影

6、响。{+警补偿器对控制器的补偿可分为幅值补偿和相位补一(1偿，补偿的目标是使得系统在中低频段获得单位，，、：c+增益，增加系统的稳定裕度，实现稳态时无静差定义一个开关函数S，根据式(1)可以得到输出。相对而言，相位补偿比幅值补偿困难，相单相PWM整流器的状态方程：位补偿意味着针对误差的每一个频率分量都要给出合适的控制量。因为P(Z)无法精确地描述实if鲁--SU际系统，实际与所建模型总有一定的偏差，这样c一幅值补偿、相位补偿效果就要受影响。由图2可以得到重复控制器G。(Z)的表式(2)给出了输人电流

7、i与输出直流电压达式：U。的变化规律，依此采用合适的控制策略对系统一G()s()f2重复控制的基本原理式中：Ⅳ：；为PWM整流器的采样频率；f为网侧电压的基波频率；．s(=)为补偿器。重复控制是一种基于内模原理的波形控电流环控制的是PWM整流器交流侧滤波电制技术，当内模中的数学模型描述的是周期性信感上的电流，忽略内阻R的影响，采用零阶保持号时，那么闭环控制系统就能够无静差地跟踪周器对电流环的被控对象进行离散化，可得到被控期信号。重复控制内模的输出将送入补偿器中，补偿器的主要任务是从内模获得上一个基波

8、周期对象的离散形式为：的误差信号，然后给出这个基波周期的补偿信号1)Z[]==1(3)以将控制量的误差抵消掉。重复控制器由一个改滤波电感一侧是输人电压，另一侧是整流桥进的内模和对应的补偿器构成，重复控制系统的产生的PWM电压。其中，PWM电压指令值在每控制框图如图2所示。个采样周期定时更新，并在接下来的一个采样周期中保持不变，产生的PWM电压平均值与这个r’(z)。广__[指令值相等。因此，可以将PWM环节等效于一一呈H一l内模(。z)个延时环节。图2重复控制系统的控