PWM整流器前馈解耦控制策略

吴波

摘 要：提高PWM整流器抗负载扰动能力、减少直流母线电容量是PWM整流器研究的重要内容。文中针对常规PWM双闭环PI整流器容易受负载波动影响的特点，提出了通过设计前馈解耦控制方式来改善抗负载扰动的性能。通过该整流器的物理电路建立了该整流器的模糊PI控制数学模型。Matlab/SimuLink仿真表明，通过前馈解耦方式可以提高整流器的抗负载扰动能力。

关键词：整流器；前馈解耦；直流稳定；PWM

中图分类号：TP39；TM461 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2017）11-00-02

0 引 言

三相PWM整流器与传统的二极管不控整流和晶闸管相控整流相比可以实现输入电流正弦化和可控的功率因数，同时可降低输入电流谐波，实现能量的双向流动。三相PWM整流器与PWM逆变器组成的双PWM变换器在电气传动和电源变换领域得到了广泛应用，另外在分布式能源中也获得了广泛应用。在PWM整流器的应用中，直流电压的稳定至关重要，当负载急剧变化时，提高直流电压的静态稳定性和动态调节响应速度对提高PWM整流器的性能至关重要，所以提高PWM整流器的稳态性能成为PWM整流器研究的重要内容。

整流器的控制通常采用PI直接电流控制，但由于PWM整流器存在非线性耦合，且整流器在工作过程中易受外界负载的扰动，使得传统PI控制不能很好地适用于整流器的实际应用。许多专家学者都试图用先进的控制理论取代传统的PI控制，但难以在实际应用中实现。

1 三相电压型PWM整流器电流环和电压环的设计

三相电压型PWM整流器电流环和电压环的设计如图1所示。

对图1所示的电路结构，建立有开关函数描述的数学模型，如式（1）所示。由于交流侧为交流时变量，采用PARK变换到（d，q）坐标系中，以对直流变量进行控制。

式中：ed、eq为三相VSR电网交流电动势矢量Edq的d、q分量； id、iq为三相VSR电网交流电动势矢量Idq的d、q分量；p为微分算子。

PARK变换实现了对直流量的直接控制，但变换后系统的d，q轴变量存在耦合，所以必须采用解耦策略来消除变换后对控制器的不利影响，本文采用前馈解耦方法实现对控制器的解耦控制。

式中：id*、iq*为id、iq的电流给定值，Vd、Vq为交流侧电压矢量的d、q轴分量。

将式（4）带入式（2）可得化简后的基于前馈解耦的整流数学模型如下：

电流内环是功率因数调节环，在双闭环控制系统中，电压外环设计是稳定直流电压的关键，电流内环根据电压外环的输出值和给定值的差值进行调节，三电平整流器的前馈控制解耦图如图2所示。

2 实验结果

采用前馈解耦方法得到的实验结果图3所示。

从图3中可以看出，在前馈解耦的策略下实现了整流器直流端直流电压的稳定控制，验证了控制策略的正确性。

3 结 语

本文介绍了三相VSR的数学模型，提出了前馈解耦控制方式，并通过Matlab/SimuLink进行了仿真，证明了该算法的正确性。

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