基于电流预测的SVPWM控制的研究

1.前 言三相PWM整流器的直接电流控制具有电流响应快速性，直接电流控制的方式有：滞环电流控制【1】、固定开关频率控制【2】、空间矢量电流控制【3】等。然而由于电流采样周期及PWM控制延时的存在，使三相交流电流控制存在滞后，这将影响电流跟踪控制的动态性能。本文提出了基于电流预测直接控制的方法，控制PWM整流器的开关，可实现电流的无差拍控制。2.预测电流直接控制原理基于数字控制的三相VSR PWM电流控制器，因电流采样周期及PWM控制延时的存在，使三相VSR交流电流控制存在滞后，这将影响电流跟踪控制的动态性能。三相VSR PWM控制器，其电流控制的最小延时至少需要一个PWM开关周期，而预测电流直接控制的思想就是要求只经过一个PWM开关周期，使三相VSR实际电流与指令电流相等。从开关的在线优化出发，控制加到开关控制器的输入量，从而控制复平面里的电流矢量轨迹，使它相对于参考电流矢量保持最小的空间误差。即在一个开关周期内根据负载情况和给定的电流矢量变化率，推导出使电流误差矢量趋于零的电压矢量，去控制PWM整流器的开关，实际上是对电流作出预测性控制。当开关频率较高时，可实现电流的无差拍控制，提高电流控制的精度和电压环响应速度。其结构如图1。图1电流预测直接控制原理图3.基于电流预测的SVPWM控制策略三相VSR电流预测SVPWM控制是一种电流响应较快的基于电压矢量合成的PWM电流控制策略，与采用PI调节器生成指令电压矢量方案不同的是，这种电流预测SVPWM控制的指令电压矢量采用电流预测算法求得。根据三相VSR的拓扑结构和电压空间矢量的定V、E、I分别为三相VSR的入端空间电压矢量、三相电网电压的空间电压矢量和三相电网电流空间矢量。在忽略线电阻的情况下，为了实现三相VSR的电流预测控制，设为当前开关周期的电流期望矢量，V*为当前周期的空间电压合成期望矢量。则希望满足：事实上，因为我们希望在任何时刻总是和电网电压E保持在相同或者相反的方向上，因此可以作出各个矢量在坐标系下的位置关系示意图。图2单位功率因数下的三相VSR矢量关系仍按照电压外环控制模式，根据输出直流电压的误差得到系统当前期望的有功电流，无功电流期望为0；通过坐标变换便可得到在坐标系下的分量。则是根据实际采样的三相电流进行坐标变换得到其在坐标系下的分量。再根据上图各个矢量关系，不难得到的矢量。由此便可进一步求出期望的电压空间矢量V*在坐标系下的分量。 (3)在基于电流预测的SVPWM控制方式中，需要校正的只有直流电压外环一个PID调节器了，参数调节变得更加方便，系统实现也更加容易。这种控制方式不仅继承了常规SVPWM的各种优点，而且实现更加简单，性能更为优越。4.基于电流预测的SVPWM仿真仿真参数：整流器的容量P=2500kW，直流侧输出电压Udc=1500V，开关频率选为f=2k，输入电感L=0.85mH，直流侧电容C=60mF，负载电阻；电网输入相电压有效值为图3三相VSR基于预测电流的SVPWM系统仿真各相电压、电流对称，以下图形为A相电压、电流波形和直流侧输出电压波形。在反电势为0的前提下，待系统进入稳定状态；然后在大约第0.5秒钟时刻，在直流侧加入500V的反电动势；再次进入稳定状态后，分别在大约第1秒和1.5秒钟时刻再将直流侧反电势值分别改为1500V和2000V。仿真结果对比表明：基于预测电流的SVPWM模式与滞环电流控制方式相比，基于预测电流的SVPWM模式的暂态调节时间和超调量都小于滞环电流控制方式，电流跟踪的快速性更好，而且输出电压的谐波也小。 可见，预测电流控制方式是一种非常好的直接电流控制方式。参考文献：[1]张加胜 滞环控制变流器的开关频率研究 电工电能新技术,1998(1):54-57[2]Wu R, Dewan S B, Slemon G B.A PWM AC-to-DC converter with fixed switching frequency. IEEE Trans Ind Appl,1990,26:880-885[3]张兴,张崇巍 PWM 可逆变流器空间电压矢量控制技术的研究 中国电机工程报2001(10):102-105[4]林渭勋 现代电力电子电路 浙江大学出版社 2000[5]薛定宇 基于MATLAB/SIMULINK的系统仿真技术与应用清华大学出版社 2002 pid控制器相关文章:pid控制器原理

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