基于变结构控制的三相PWM整流器的研究

• 作 者: 何柳
• 机 构: 东北大学
• 出 处: 东北大学
• 发表日期: 2008年期
• 关键词: PWM整流器 扰动变量 滑模变结构控制 功率因数可调 系统设计

随着现代电力电子技术、微电子技术以及计算机技术的发展，以PWM(Pulse Width Modulation)技术为基础的功率变换装置得到了越来越广泛的应用。PWM整流器具有高功率因数、低谐波污染、能量双向流动、小容量储能、恒定直流电压控制等优点。作为理想的用电设备或电网与其它电气设备的接口，在电力系统有源滤波、无功补偿、潮流控制、太阳能发电以及交直流传动系统等领域，具有越来越广阔的应用前景。　　
滑模变结构控制是一种非线性控制理论，对电力电子开关变换器非线性特质具有天然的适用性，采用滑模变结构控制相对于传统控制方案的主要优势在于它所具有的参变量的鲁棒性，它对系统变量的扰动和负载的变化都具有不敏感性，具有良好的动态和稳态响应。　　
本文研究了滑模变结构控制的设计及应用问题，内容包括滑模变结构控制的设计目标和设计方法、滑模变结构控制系统的不变性等问题。分析了整流器的原理以及结构，分别在abc静止坐标系和dq旋转坐标系中建立了数学模型。并且推导出了两种坐标系下整流器直流侧电压、交流侧电流、电压以及整流器开关模式之间的关系。　　
本文选择了电压型的三相整流器作为研究对象，在建立了电压型的三相整流器数学模型基础上，进行了基于变结构控制的三相PWM整流器电流内环和电压外环的双闭环控制方案的研究。针对实际电网侧的参数扰动，设计了基于变结构控制的电流内环控制方案；针对负载扰动，设计了基于变结构控制的电压外环控制方案。无论是存在电网侧的参数扰动还是存在负载扰动，设计目标都是在实现单位功率因数条件下，达到网侧电流正弦化。针对实际需求功率因数可调节，设计了变结构控制控制方案，使交流侧的电流与电压的相位差可在+90°～-90°间调节，从而达到调节功率因数的目的。　　
在理论研究的基础上，采用MATLAB/Simulink对设计方案进行了仿真实验，将本文提出的方案与传统的PID控制方案的仿真结果进行了比较。仿真结果表明，文中所提方案明显减小系统的超调，缩短了系统的响应时间。