基于lcl滤波的pwm整流器控制策略研究

《基于lcl滤波的pwm整流器控制策略研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、基于LCL滤波的PWM整流器控制策略研究【摘要】介绍了准PR调制器的原理，在此基础上，详细分析了PWM整流器在ci-p静止坐标系下电流内环和电压外环的设计方法，并基于Matlab/Simulink仿真平台搭建两电平PW.V1整流器仿真模型，对本文分析的设计方法进行了仿真研究，仿真结果验证了本文分析的基于PR控制器设计的电流环和电压环的正确性和有效性。【关键词】PWM整流器LCL滤波器准PR控制器控制策略1引言随着电力电子技术的发展，GTR、GT0、MOSFET、IGBT、IGCT等全控型开关器件制造技术不断进步，使得变流器主电路结构更加简单，而且还具冇控制与驱动灵活可靠，冇效改善电路

2、中的谐波，大幅提高变流器功率因数，提高系统的动态响应速度，有效控制环境噪声污染等优点［1］。全控型器件的进步有力的推动了变流技术的发展。20世纪80年代提出了PWM整流技术，随后PWM技术飞速发展，PWM整流技术得到了广泛应用。PWM整流器具有输入电流正弦化、功率因数可控、电能双向传输、直流母线电压可调等优点［2］。由于PWM整流器真正实现了“绿色电能变换”、其网侧呈现出受控电流源特性，这一特性使得PWM整流器及其控制技术获得进一步的发展和拓宽。在基于LCL滤波器的电压源型PWM整流器系统中，控制策略无疑是一个很重要的环节，所采取的控制策略直接关系到整流器的运行性能。LCL滤波器的电

3、压型PWM整流器是从单L滤波的整流器发展而來的，因而控制策略延续了单L的控制思想。2001年MarcoLiserre和FredeBlaabjerg分析了LCL滤波器的设计方法，并证明了在低频的数学模型下，电容的作用可以忽略。这样对于LCL滤波器的PWM整流器控制系统设计可以继续沿用单L的PWM整流器控制系统的设计方法。鉴于在三相静止坐标系（a-b-c）中系统模型复杂，控制难以实现，因而当前均是在两相静止坐标系（a-B）或两相旋转坐标系（d-q）下对LCL的PWM整流器加以控制。目前在两相坐标系下控制多采用电压外环，电流内环的双闭环结构。木文详细分析了PWM整流器在a-P静止坐标系下电

4、流内环和电压外环的设计方法，并基于Matlab/Simulink仿真平台搭建两电平PWM整流器仿真模型，对本文分析的设计方法进行了仿真研究，仿真结果验证了本文分析的基于PR控制器设计的电流环和电压环的正确性和冇效性。2电流内环调节器设计目前常用的d-q两相旋转坐标系下的电流控制方法由PI调节以实现无静差控制，但在控制过程中，该方法需要复杂的旋转坐标变换和反坐标变换。另外，对于单相PWM整流器，被控量只能是正眩量，PI调节无法实现电流的零稳态误差控制。因而在Q-3处标系下实现控制逐渐受到重视。2.1准PR控制器设计PR控制器可以实现正弦电流控制，在两相静止坐标系下，此方法不需要附加预测

5、量，也不需要特别高的开关频率，即可实现对止弦电流进行控制，并且可以实现与同步旋转坐标下PI控制相媲美的稳态及动态性能。并口在两相在相静止坐标系下，不存在交叉藕合项，整个控制系统结构简单。PR控制器传递函数为：由式(1)可知，PR调节器在非基频处增益很小，电网频率有波动时,将难以实现无静差跟踪。另外，在实际控制系统中，山于模拟器件制造水平有限，数字实现也存在精度问题，针对以上问题，引入准PR调节器：显然，在基频处，准PR调节器带宽更宽，尽管在基频处增益有所减小，但其实现过程比PR容易得多。在设计准PR控制器参数前，需要对准PR控制器中各参数对系统性能影响进行研究。准PR控制器与PR调节

6、器道理相同，要求在谐振点有无限大增益來消除在该谐振点的稳态误差。从图2(a)中可以看出，Kp变化时系统增益发生变化，Kp越大，系统的比例增益越大。但其过大会导致系统在高频段增益太大，使系统不稳定；从图2(b)屮可以看出，Kr变化时，Kr控制器的增益和基频处带宽发生变化，越人基频处增益越人，带宽越宽，抗电网频率波动干扰能力增强；从图2(c)中可以看出，3c变化时，对系统的影响Kr与相似。在明确了准PR调节器中各个参数对系统的影响之后，要根据系统电流内环设计准PR调节器参数。2.2电流内环设计电流环比较注重响应的快速性，在不考虑控制精度的条件下，电流环的响应速度只与前向通道的增益有关，因

7、而在仿真过程中，可以要根据快速应耍求进行选取。轴电流内环结构框图如图3所示。由图3可知，电流环开环传递函数为：根据式（3）做出电流环开环传递函数伯德图如图4所示。由上述分析可知，KP对系统整体增益影响明显，因而先根据截至频率设计要求确定KP,保证系统响应的快速性；低频段系统增益高，系统的稳态精度高；考虑到基频处增益和频带宽度要求，再选取心、及。3电压外环调节器设计得到准PR调节器参数后，便可以在两相静止坐标系（Q-B）下对整个系统进行分析设计，利用准PR控