一种三相PWM整流器中等效电流前馈变给定电流抗扰控制方法技术

本发明专利技术涉及一种三相PWM整流器中等效电流前馈变给定电流抗扰控制方法，属于电力电子领域。现有技术中，存在额外的直流侧电流采样电路导致复杂性与成本增加、控制方法复杂且计算量大占用控制器内存、在负载变化剧烈的场合抗扰效果差等一系列问题。本发明专利技术所述的方法根据三相PWM整流器的简化等效模型，在等效电流前馈代替负载电流前馈的基础上，用一种等效电流前馈变给定电流控制提高负载扰动时三相PWM整流器性能。采用本发明专利技术所述的方法在发生负载扰动时，有效减小电压超调或跌落，并缩短了动态响应时间，极大地提高了PWM整流器的抗负载扰动能力。动能力。动能力。

【技术实现步骤摘要】
一种三相PWM整流器中等效电流前馈变给定电流抗扰控制方法


[0001]本专利技术属于电力电子
，具体涉及一种三相PWM整流器中等效电流前馈变给定电流抗扰控制方法。

技术介绍

[0002]传统燃油汽车的普及推动了人类的社会经济和文化文明的高速发展，但对不可再生能源的巨大消耗，使得能源紧缺的问题日益严峻。同时，石油燃烧所导致的尾气排放也造成了温室效应等严重的环境问题。因此，节能和环保成为汽车技术发展的主题，电动汽车得到广泛的关注，电动汽车充电系统也成为研究的热点。电动汽车充电系统主要包括网侧AC/DC变换器和隔离双向DC/DC变换器。电动汽车充电系统中的三相PWM整流器可实现能量的双向传输、单位功率因数、网侧电流正弦化，在理想条件下具有良好的性能，因此在电动汽车充电、电机驱动、微电网系统、高压直流输电等领域有广泛的应用。在PWM整流器的前述应用中，直流侧负载的变化通常比较剧烈，这样非常容易造成直流母线电压不稳定。尤其是电动汽车充电系统中，直流母线电压的静态稳定性和动态响应特性对包括负载在内的整个充电系统系统都有至关重要的作用。因此提高三相PWM整流器的抗负载扰动能力具有较强的实际应用价值。
[0003]Eren等在传统电压电流双闭环控制的基础上，添加负载电流前馈控制环节[S.Eren et al.An adaptive droop DC
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Bus voltage controller for a gridconnected voltage source inverter with LCL filter.IEEE Trans.Power Electron., Feb.2015,30(2):547
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560]。该方法需要额外的直流侧电流传感器来测量负载电流，增加了系统成本且在发生负载扰动期间，使用恒定的PI控制参数会影响整个系统的运行性能。Nguyen等提出一种具有两种灵活模式(无约束模式和约束模式)的基于干扰抑制的模型预测控制[H.T.Nguyen et al.Disturbancerejection based model predictive control:flexible
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mode design with a modulatorfor three
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phase inverters.IEEE Trans.Ind Electron.,Apr.2018,65(4): 2893
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2903]。虽然该方法扰动观测器可以简化预测模型实现对不确定参数的鲁棒性，但是存在两种模式之间的平滑切换的问题，易造成电流冲击。Khan 等提出了一种五电平T型混合功率变流器控制策略，电压外环采用滑模控制与扩展状态观测器，动态计算电流给定值以提高系统抗负载扰动能力[S.A. Khan et al.A disturbance rejection
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based control strategy for five
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level T
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typehybrid power converters with ripple voltage estimation capability.IEEE Trans. Ind Electron.,Sept.2020,67(9):7364
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7374]。但是该方法控制复杂，计算量大，占用控制器内存，具有局限性。何劲松等提出的基于李雅普诺夫的控制具有双重控制环，可以保证系统的负载扰动在没有任何负载电流传感器的情况下具有良好的性能[J.He et al.Lyapunov
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based large
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signal control of three
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phasestand
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alone inverters with inherent dual control loops and load disturbanceadaptivity.IEEE Trans.Ind Electron.,
Sept.2021,68(9):8391
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8401]。但在负载变化非常剧烈的场合，该方法难以达到良好的效果。
[0004]尽管前面提到的方法已经通过仿真和实验进行了验证，但是存在存在额外的直流侧电流采样电路导致复杂性与成本增加、控制方法复杂且计算量大占用控制器内存、在负载变化剧烈的场合抗扰效果差以及未考虑方法的实用性等一系列缺点。因此，现有的抗负载扰动控制方法很少在实际中采用，这意味着对在不增加任何硬件成本的情况下，基于控制系统的抗负载扰动控制方法的研究十分必要。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的是提出一种三相PWM整流器中等效电流前馈变给定电流抗扰控制方法，在发生负载扰动时，有效减小电压超调或跌落，并缩短动态响应时间，提高三相PWM整流器的抗负载扰动能力。
[0006]为达到以上目的，本专利技术采用的技术方案是：一种三相PWM整流器中等效电流前馈变给定电流抗扰控制方法，其中，包括以下步骤：
[0007](1)在三相PWM整流器传统电压电流双闭环控制的基础上，加入等效电流前馈环节；
[0008](2)根据网侧电压电流、直流母线电压及直流侧负载等电路信息确定前馈等效电流；；
[0009](3)在加入等效电流前馈环节的基础上，系统发生负载扰动时，根据扰动情况变化给定电流。
[0010]进一步，在负载电流扰动开始作用于直流母线电容C使直流母线电压稍微偏离给定值之时，以等效电流代替负载扰动电流，增加等效电流前馈环节。能达到与负载电流直接前馈同样的抗扰控制效果，且不需要直流侧电流传感器，降低系统成本。
[0011]进一步，根据电压波动值确定等效电流，以等效电流近似代替负载电流且不必完全等于负载电流。
[0012]更进一步，等效电流前馈补偿环节的引入并不影响原闭环系统的稳定性，而该动态等效电流前馈并不需要直流侧电流传感器检测负载电流，同时闭环控制的存在又降低了对前馈补偿器精度的要求。
[0013]进一步，出现负载突减时，令直流母线电压误差值经新的PI调节器后产生的负值作为q轴的电流指令，同时切掉d轴的电流指令产生环节，只用等效电流经前馈补偿器后产生的等效前馈电流作为d轴的指令电流。
[0014]进一步，出现负载突增时，有功轴电流的值达到等效电流经前馈补偿器后产生的等效前馈电流后，切掉d轴的电流指令产生环节，将直流母线电压误差经新的PI调节器后作为q轴电流指令。
[0015]本专利技术的效果在于：采用本专利技术所述方法，动态等效电流前馈环节可以达到与负载电流前馈同样的控制效果，且无需在直流侧加装电流传感器，节约成本；适合于负载变化非常剧烈的场合；大大减小负载扰动时直流母线电压波动幅值与调节时间；平滑变化给定电流，无电流冲击；综上，采用本专利技术所述方法，在三相PWM整流器发生负载扰动时，有效减小了电压超调或跌落，并缩本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三相PWM整流器中等效电流前馈变给定电流抗扰控制方法，包括以下步骤：(1)在三相PWM整流器传统电压电流双闭环控制的基础上，加入等效电流前馈环节；(2)根据网侧电压电流、直流母线电压及直流侧负载等电路信息确定前馈等效电流；(3)在加入等效电流前馈环节的基础上，系统发生负载扰动时，根据扰动情况变化给定电流。2.如权利要求1所述的一种三相PWM整流器中等效电流前馈变给定电流抗扰控制方法，其特征在于，加入了加入等效电流前馈环节。发生负载扰动使直流母线电压稍微偏离给定值之时，以此时的等效电流代替负载扰动电流，即增加等效电流前馈环节。3.如权利要求2所述的一种三相PWM整流器中等效电流前馈变给定电流抗扰控制方法，其特征在于，根据电压波...

【专利技术属性】
技术研发人员：张云，单佳利，朱新山，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：