PWM整流器前饋解耦控制策略

吳波

摘 要：提高PWM整流器抗負載擾動能力、減少直流母線電容量是PWM整流器研究的重要內容。文中針對常規PWM雙閉環PI整流器容易受負載波動影響的特點，提出了通過設計前饋解耦控制方式來改善抗負載擾動的性能。通過該整流器的物理電路建立了該整流器的模糊PI控制數學模型。Matlab/SimuLink仿真表明，通過前饋解耦方式可以提高整流器的抗負載擾動能力。

關鍵詞：整流器；前饋解耦；直流穩定；PWM

中圖分類號：TP39；TM461 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2017）11-00-02

0 引 言

三相PWM整流器與傳統的二極管不控整流和晶閘管相控整流相比可以實現輸入電流正弦化和可控的功率因數，同時可降低輸入電流諧波，實現能量的雙向流動。三相PWM整流器與PWM逆變器組成的雙PWM變換器在電氣傳動和電源變換領域得到了廣泛應用，另外在分布式能源中也獲得了廣泛應用。在PWM整流器的應用中，直流電壓的穩定至關重要，當負載急劇變化時，提高直流電壓的靜態穩定性和動態調節響應速度對提高PWM整流器的性能至關重要，所以提高PWM整流器的穩態性能成為PWM整流器研究的重要內容。

整流器的控制通常采用PI直接電流控制，但由于PWM整流器存在非線性耦合，且整流器在工作過程中易受外界負載的擾動，使得傳統PI控制不能很好地適用于整流器的實際應用。許多專家學者都試圖用先進的控制理論取代傳統的PI控制，但難以在實際應用中實現。

1 三相電壓型PWM整流器電流環和電壓環的設計

三相電壓型PWM整流器電流環和電壓環的設計如圖1所示。

對圖1所示的電路結構，建立有開關函數描述的數學模型，如式（1）所示。由于交流側為交流時變量，采用PARK變換到（d，q）坐標系中，以對直流變量進行控制。

式中：ed、eq為三相VSR電網交流電動勢矢量Edq的d、q分量； id、iq為三相VSR電網交流電動勢矢量Idq的d、q分量；p為微分算子。

PARK變換實現了對直流量的直接控制，但變換后系統的d，q軸變量存在耦合，所以必須采用解耦策略來消除變換后對控制器的不利影響，本文采用前饋解耦方法實現對控制器的解耦控制。

式中：id*、iq*為id、iq的電流給定值，Vd、Vq為交流側電壓矢量的d、q軸分量。

將式（4）帶入式（2）可得化簡后的基于前饋解耦的整流數學模型如下：

電流內環是功率因數調節環，在雙閉環控制系統中，電壓外環設計是穩定直流電壓的關鍵，電流內環根據電壓外環的輸出值和給定值的差值進行調節，三電平整流器的前饋控制解耦圖如圖2所示。

2 實驗結果

采用前饋解耦方法得到的實驗結果圖3所示。

從圖3中可以看出，在前饋解耦的策略下實現了整流器直流端直流電壓的穩定控制，驗證了控制策略的正確性。

3 結 語

本文介紹了三相VSR的數學模型，提出了前饋解耦控制方式，并通過Matlab/SimuLink進行了仿真，證明了該算法的正確性。

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