【《单相三电平PWM整流器控制策略研究》2400字】

23/41单相三电平PWM整流器控制策略研究目录TOC\o"1-3"\h\u10308单相三电平PWM整流器控制策略研究 1326391.1瞬态电流控制技术 256891.2电流内环“P+重复控制”改进算法 3114511.2.1重复控制基本原理 323931.2.2并联型“P+重复控制” 4单相三电平NPCPWM整流器双闭环控制结构图，如3-1所示。系统采取双闭环控制，主要分为电压外环控制和电压内环控制，PI调节器的输入是直流侧电压参考值u*dc与直流侧电压实际值udc的差值，目的是让udc跟踪u*dc，使直流侧输出电压稳定，经过PI调节得出网侧电流给定值幅值I*，并使用了锁相环对网侧电压us进行锁相使其频率和相位与I*一致，然后I*和is的差值信号输送到电流内环控制，最终在电流内环控制中输出调制信号uab*，再对其进行PWM调制得到PWM驱动脉冲。图3-1单相三电平NPCPWM整流器双闭环控制框图1.1瞬态电流控制技术直接电流控制包括电流滞环控制、瞬态电流控制、预测直接电流控制。本文采用的是瞬态直接电流控制，它具有很多优点。比如谐波小，动态响应快，结构简单等。而滞环电流控制对设备过度依赖，所要求的功率开关器件要承受很大的开关频率。瞬态直接电流控制为双闭环控制中的内环控制，其原理见图3-2：图3-2瞬态直接电流控制原理图由图可知，电压外环为直流侧电压给定值udc*与实际值udc得出一个差值，这个差值经过PI调节器，输出交流侧电压给定值分量Is*。电流内环使用P控制器，将us-uR1-uL1当作前馈扰动信号，与双闭环结合成复合控制方式。由图3-2可知瞬态直接电流控制的表达式：Is式中Kp和Ti为PI调节器的参数，udc，idc为直流侧的输出电流和电压，udc*为直流电压给定值，ω为输入电压角频率，K为比例系数。1.2电流内环“P+重复控制”改进算法1.2.1重复控制基本原理重复控制的构造机理其实就是根源于内膜原理。内模的本质是在稳定的闭环控制系统中植入外部信号的数学模型来实现高精准的反馈控制系统，这样的系统可以稳定的跟踪输入信号。重复控制的思想是基于内模原理的方法，包含正弦的内模，当频率是基波频率的倍数，输出就会逐周期累加。当输入信号衰减为零，该内模仍然会逐周期输出与上周期相同的信号。重复控制与积分环节的区别在于对误差进行累加的方式不同。重复控制尽管对周期性波动有很好的抑制能力，虽然对非周期的扰动的反馈速度慢，抑制能力较差；但在突加、突减负载情时，重复控制器依旧将扰动周期出现的偏差在随后的周期中试图来自我纠正，可是在随后的周期中波动却不存在，所以导致控制错误，输出的波形图也很差。并对于上述情况提出了内模控制器，它的复域结构形式如下：G(s)=这里L为给定信号周期。但延时环节用控制器实现起来相对困难，因此重复控制采用离散的形式。离散的形式如下：G(z)=这里G（z）是离散域中的传递函数，N为单位基波周期的采样次数。将公式（3-3）的公式用框图形式可以得到z域的重复控制器如下图（其中e（z）是输入信号，h（z）是输出信号）：图3-3重复控制器z域模型框图其中N为采样频率，也就是每个周期采样次数。针对重复控制器而言，内模是控制系统的核心，图3-3的结构仅仅能实现理论上的无静差跟踪，它的闭环极点都分布在单位圆上，处于临界稳定状态，所以在具体应用中无法保证它的鲁棒性，系统稳定性受到系统外部干扰导致它的稳定性很差。因此必须对其进行修正使其闭环极点都分布在单位圆内，增强其稳定性。改进后的内模结构如图所示：图3-4重复控制器改进内模结构改进后的重复控制在Z域的表达式为：G(z其中N为每个基波周期对输出电压的采样次数。当Q(z)取为1且该重复控制器工作在理想状态时，可以消除给定信号基波频率整数倍的干扰信号，达到无稳态跟踪误差。但由于要保证系统稳定，Q（z）不可以取1，它可以是一个低通滤波器也可以是一个小于1的常数，经过这样改进，内模纯积分特性会被破坏，输入信号为0时，不能完整重复上个周期信号，表现为逐个周期衰减。当Q为常数，衰减主要体现在幅值上；如果为低通滤波器，信号形式会发生变化。因此需要加入延迟环节和补偿器C（z），对受控对象的幅值和相位进行补偿。1.2.2并联型“P+重复控制”由于重复控制产生周期延迟且误差消除慢，因此很少单独使用重复控制，此通常将其与其他控制策略结合使用。本文将P控制与重复控制进行复合控制，其系统结构框图如图3-5所示图3-5并联型P+重复控制控制系统框图其中，P(z)是受控对象的传递函数。I*和is代表网侧电流给定值和实际值，e代表二者之间的差值。C（z）为补偿器，它是针对被控对象P（z）而设计的，它对重复控制系统的性能起了决定性的作用。主要解决如何使控制对象输出完美的跟踪指令信号。补偿器C(z)的一般形式为：C(z公式3-5中，Kr为比例环节，用来保证系统稳定以及对中低频段的跟踪精度：zk为相位补偿环节，可以对系统进行相位补偿；S（z）为二阶低通滤波器，用来滤除控制对象的高频分量以及谐振峰。为了方便设计，本文将Q(z)取作0.9，用来增强重复控制系统的稳定性。二阶低通滤波器是最常见的一种滤波器，其具有通带增益变化小、阻带衰减率高并且结构简单的特点，为此采用二阶低通滤波器作为补偿器来对高频段进行衰减，对于整流器非线性负载，谐波大部分存在于中低频段，因此采用二阶低通滤波器对系统的谐波抑制能力没有负面影响，同时能够消除逆变器高频建模不精确、使用零相移跟踪理论无法正常工作的问题。Kr一般取作0.98,由于C（z）P（z）具有较大相移，所以选择超前环节Zk进行补偿，下面是对二阶低通滤波器的参数进行选取，二阶低通滤波器的传递函数为：S(其中ωn为截止角频率这里选择2π×2000rad/s，ξ为阻尼比,一般取作0.707。二阶低通滤波器在s域的最终形式为：S（s）=ωn2s2再利用Matlab中的c2d指令，将S（s）在20kHz下离散化为：S（z）=0.1454z+0.1079z2−1.158z+0.4113最