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三相Vienna整流器的QPR滑?？刂撇呗匝芯?

2019年電子技術(shù)應(yīng)用第1期

馬輝1，鄢圣陽1，王書征2，危偉1

1.湖北省微電網(wǎng)工程技術(shù)研究中心，湖北宜昌443002；2.江蘇省配電網(wǎng)技術(shù)與裝備協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇南京211167

摘要： 針對三相Vienna整流器雙PI控制器難以同時(shí)實(shí)現(xiàn)快速性和準(zhǔn)確性的問題，提出電壓外環(huán)滑模控制和電流內(nèi)環(huán)準(zhǔn)比例諧振控制（Quasi Proportional Resonant，QPR）的非線性復(fù)合控制策略，改善輸入側(cè)電流跟隨三相電壓的精準(zhǔn)性，提高網(wǎng)側(cè)電流正弦化程度；同時(shí)提高整流器在負(fù)載擾動(dòng)和啟動(dòng)時(shí)直流電壓快速性及魯棒性能。最后通過搭建MATLAB/Simulink仿真和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行驗(yàn)證，仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明QPR滑模復(fù)合控制策略具有較好魯棒性和動(dòng)態(tài)性能，輸入電流正弦度高和直流側(cè)電壓穩(wěn)定，能較好地適應(yīng)負(fù)載擾動(dòng)。

關(guān)鍵詞： VIENNA整流器滑模控制準(zhǔn)比例諧振控制 PI控制

中圖分類號(hào)： TM72
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.181407
中文引用格式： 馬輝，鄢圣陽，王書征，等. 三相Vienna整流器的QPR滑?？刂撇呗匝芯縖J].電子技術(shù)應(yīng)用，2019，45(1)：118-121.
英文引用格式： Ma Hui，Yan Shengyang，Wang Shuzheng，et al. Research on QPR and sliding-mode control strategy for three-phase Vienna rectifier[J]. Application of Electronic Technique，2019，45(1)：118-121.

Research on QPR and sliding-mode control strategy for three-phase Vienna rectifier

Ma Hui1，Yan Shengyang1，Wang Shuzheng2，Wei Wei1

1.Hubei Provincial Research Center on Microgrid Engineering Technology，Yichang 443002，China； 2.Jiangsu Collaborative Innovation Center for Smart Distribution Network，Nanjing 211167，China

Abstract： Aiming to slove the PI controller′s problem that it is difficult to achieve the fast and accuracy performances of Vienna rectifier， this paper proposed a novel composited nonlinear control strategy with sliding mode controller(SMC) and Quasi proportional resonant(QPR) controller, which can enhance the accuracy performance and the sinusoidal degree of the three-phase currents. In addition, the rapidity and robust performance of DC voltage have also been improved when starting up the rectifier or the load is disturbed. Finally, the MATLAB/Simulink model and experimental platform based on Vienna-type rectifier were built, the results show that the composited control strategy not only has the adventages of the sliding mode control strategy, but also has better robust and dynamic performance. Meanwhile the speed and accuracy of the system have also been greatly improved.

Key words : Vienna-type rectifier；sliding mode control；Quasi proportional resonant control；PI control

0 引言

三相三線制Vienna整流器與傳統(tǒng)三電平PWM整流器相比，具有開關(guān)數(shù)量少、成本低，無需設(shè)置驅(qū)動(dòng)死區(qū)時(shí)間、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)相對簡單，網(wǎng)側(cè)電流諧波含量低、正弦度高以及單位功率因數(shù)運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用到航空電源、車載與船舶電源等工業(yè)場所，在中壓高功率及對功率密度和成本有嚴(yán)格要求的工業(yè)場合具有良好應(yīng)用前景^[1-3]。隨著Vienna整流器被國內(nèi)外學(xué)者所關(guān)注，對其控制策略研究也逐步深入，主要研究有比例諧振控制、PI控制、單周期控制、滑?？刂?/a>、無源控制、滯環(huán)控制等控制算法^[1-5]。在實(shí)際應(yīng)用中，Vienna整流器常采用雙PI控制，該控制算法易于實(shí)現(xiàn)，但增加了參數(shù)整定和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度，且系統(tǒng)響應(yīng)速度慢，穩(wěn)定精度差^[6-7]，難以達(dá)到理想控制效果。文獻(xiàn)[1]、[4]、[5]提出了幾種復(fù)合控制策略，存在滑模面介紹過少、諧波分量過大、參數(shù)整定要求過高等問題。為提高控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能，減少交流側(cè)電流諧波分量，對Vienna整流器控制策略研究變得越來越重要。

近些年已有大量文獻(xiàn)成功將滑模變結(jié)構(gòu)控制應(yīng)用到整流器電壓外環(huán)控制中^[1，4，5]，并取得了良好效果；PR控制器在基波處增益大，能有效減少交流電流諧波分量，有不少文獻(xiàn)成功將其應(yīng)用到整流器電流內(nèi)環(huán)控制中^[7-8]，效果十分顯著。本文提出一種Vienna整流器的復(fù)合控制算法，電壓外環(huán)采用滑模變結(jié)構(gòu)控制，電流內(nèi)環(huán)采用QPR控制，改善系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài)性能，減少電流諧波分量^[8]。最后通過仿真與實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證QPR滑模復(fù)合控制策略在動(dòng)態(tài)響應(yīng)、穩(wěn)態(tài)特性以及減少交流諧波分量等方面的優(yōu)點(diǎn)。

1 Vienna整流器數(shù)學(xué)模型

三相Vienna整流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。u_a、u_b、u_c為輸入電壓，i_a、i_b、i_c為輸入電流；L_a、L_b、L_c為濾波電感，大小為L；R_a、R_b、R_c為濾波電感等效電阻，大小為R；i_p、i_n分別為直流側(cè)正負(fù)向電流；i_dc為直流負(fù)載電流，R_L為直流負(fù)載；C_p、C_n分別為直流側(cè)上下電容，大小為C。