三相电压型PWM整流器混合控制研究

刘子建,吴敏,陈鑫,桂武鸣,雷琪

(中南大学 信息科学与工程学院,湖南 长沙 410004)

1 引言

与传统的二极管整流器和晶闸管整流器相比,三相电压型PWM整流器(PWM整流器)具有网侧交流电流低谐波、单位功率因数、直流侧直流电压恒定控制以及能量双向流动等优点,从而得到了广泛的应用和研究[1]。由于PWM整流器是一个典型的非线性多变量强耦合系统,对外界扰动和系统参数变化较为敏感,仅采用常规的线性控制很难获得理想的控制效果。为此,国内外学者先后提出了一些非线性控制策略用于PWM整流器的控制,如:滑模控制[2]、反馈线性化控制[3]、直接功率控制[4]、基于Lyapunov稳定性的控制[5]、基于无源性的控制[6]等,这些非线性控制策略不同程度地改善了系统的动态和静态性能,提高了系统的鲁棒性。

本文综合利用滑模控制和前馈控制的优点,设计了一种PWM整流器混合控制方案。仿真结果验证了所提控制策略的有效性和优越性。

2 PWM整流器数学模型

图1 PWM整流器主电路结构Fig.1 M ain circuit structure of PWM rectifier

PWM整流器主电路拓扑结构如图1所示,网侧电路采用三相对称的无中线连接方式,功率开关管桥路采用三相桥式全控整流电路,IGBT(insulated gate bipolar transistor)和续流二极管并联作为桥臂开关器件。

PWM整流器在两相同步旋转d-q坐标系的数学模型[1]为式中:Fd,Fq为整流桥d-q坐标系下的开关函数;ed,eq和id,iq分别为电网侧电动势和电流的d,q分量;ω为交流电源的角频率;ud=FduC,uq=FquC。

由式(1)可以看出,PWM整流器是一个典型的非线性多变量强耦合系统,含有状态变量和控制变量的乘积。……