基于PR的單相PWM整流器電流控制研究

摘要：?jiǎn)蜗郟WM整流器電流控制系統被控量為單相正弦量,無(wú)法像三相PWM整流器雙閉環(huán)控制系統一樣,采用同步坐標系下的直流PI調節器實(shí)現網(wǎng)側電流的零靜差調節。本文將PR調節器應用于單相PWM整流器網(wǎng)側正弦電流的控制,克服了單相交流系統中PI調節器的缺陷,減小了諧波含量。同時(shí)對單相PWM整流器控制系統進(jìn)行了仿真分析,結果表明系統能實(shí)現單位功率因數電能轉換和電能的雙向流動(dòng),電源電壓、頻率及負載變化時(shí),網(wǎng)側電流均可以實(shí)現零靜差跟蹤給定正弦給定電流,同時(shí)直流側電壓有較好的穩定性和抗干擾性。

　　1.引言

　　單相PWM 整流器由于其所用電力電子器件少、控制系統簡(jiǎn)單而被廣泛應用于電力機車(chē) 牽引[1]、可再生能源的并網(wǎng)發(fā)電[2]、能量可雙向流動(dòng)的級聯(lián)型多電平變頻器的有源前端[3]等。 PWM 整流器交流側電流有多種控制方法，例如，電流滯環(huán)控制、線(xiàn)性PI 控制、預測電 流控制等。電流滯環(huán)控制結構簡(jiǎn)單、魯棒性強，但是它有開(kāi)關(guān)頻率不固定，存在滯環(huán)寬度兩 倍的電流誤差等缺點(diǎn)[4]。

　　對于三相PWM 整流器，可將靜止ABC 坐標系下的正弦電流轉換 到同步dq 坐標系下的直流量進(jìn)行PI 調節以實(shí)現零靜差控制，但對于單相PWM 整流器，很難實(shí)現這種變換，PI 調節器無(wú)法實(shí)現電流的零靜差控制[2]，而預測電流控制的控制性能受被 控對象和給定預測電流的限制[5]。

　　本文針對以上問(wèn)題，在單相PWM 整流器中引入PR 調節器進(jìn)行正弦電流控制，該方法 不需要坐標變換，也不需要特別高的開(kāi)關(guān)頻率就可以實(shí)現與dq 坐標系下PI 控制相媲美的穩 態(tài)及動(dòng)態(tài)性能。國外已有文獻將PR 調節器應用于電力機車(chē)牽引[1]和可再生能源并網(wǎng)發(fā)電[2] 中的單相PWM 變流器的控制，但國內對此研究很少。本文結合能量可雙向流動(dòng)的級聯(lián)型多 電平變頻器有源前端的具體要求，將PR 調節器用于其有源前端的控制，給出了單相電壓型 PWM 整流器的仿真模型，并對整流、逆變兩種工作模式，及負載和電網(wǎng)電壓、頻率變化等 情況進(jìn)行了仿真分析。

　　2.單相 PWM 整流器控制策略及系統仿真模型的建立

　　2.1 網(wǎng)側電流控制

　　圖1(a)為單相PWM 整流器的拓撲結構圖，單相PWM 整流器由交流回路、功率開(kāi)關(guān)橋 路和直流回路等組成[6]。其中交流回路包括交流電源 us 、網(wǎng)側電感L 及其等效電阻R 等；直 流回路包括負載電阻 RL 等；功率開(kāi)關(guān)橋路為電壓源型。通過(guò)控制交流電壓v 即可實(shí)現PWM 整流器的四象限運行，其關(guān)鍵在于網(wǎng)側電流的控制[1]。

　　由圖 1(a)可得網(wǎng)側電流控制動(dòng)態(tài)結構框圖，如圖1(b)所示?？紤]開(kāi)關(guān)頻率遠高于電網(wǎng)頻 率，為了便于分析忽略開(kāi)關(guān)動(dòng)作對系統的影響，將PWM 整流單元近似為一增益環(huán)節K ,其 中，G(s)為電流調節器傳遞函數。