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摘要：分析了传统工业领域中二极管桥整流器的优缺点，提出了三相电压型可控PWM整流器，建立了其在dq坐标系下的数学模型。应用非线性微分几何理论中的状态反馈线性化控制策略，实现了对三相整流系统的解耦控制，采用极点配置法对控制器进行了设计，仿真结果表明，极点配置法能够满足控制器的设计要求。
关键词：整流器；反馈线性化；极点配置法
1 引言
目前在工业领域中，大多数整流装置是由二极管桥式电路和储能电容组成的，这类整流装置的特点是结构简单、稳定性好且成本低廉。但是二极管桥式整流装置功率潮流只是单向的、且功率因数较低并产生谐波电流。为了解决上述问题，最好的办法就是采用脉宽调制型（PWM）整流器。目前研究应用最多的是三相电压型PWM整流器，三相电压型PWM整流器以其能实现网侧电流正弦化和单位功率因数，并能有效抑制网侧谐波电流而广泛应用于中大功率场合。
目前三相电压型PWM控制方法主要是前馈电流控制策略，通过经典线性PI控制器来调节电压与电流的关系。但是，系统的快速性和稳定性难以协调。本文采用非线性系统的反馈线性化控制策略来实现三相电压型PWM整流器的控制，通过建立三相电压型PWM整流器在dq坐标系下的数学模型，对系统的大范围线性化，进而实现三相电压型PWM整流器的高功率因数控制。仿真结果表明，所提出的方法设计的控制器是正确的。
2 装置控制器设计
2.1 dq坐标系下动态数学模型
对于三相对称电源，令d轴与空间合成矢量重合，q轴超前d 轴π/2，则Esd=Um，Esq=0，得到整流器在dq旋转坐标系下的基尔霍夫方程与功率方程，分别如式（1）、（2）所示。
2.3 控制器动态性能优化
得到电流闭环传递函数为一阶惯性环节，具有良好的动态性能。在实际装置中，由于数字化处理器的参与，延迟是不可避免的，此外，交流侧等效电阻在装置运行中也会产生变化。上述两点都会对控制器性能带来影响。本文采用PI校正环节来提高控制器的动态性能。
计及电阻参数扰动与系统延迟环节的电流控制动态结构图如图1所示。
采用零极点对消的方法，利用PI校正环节的零点消去由电阻参数扰动引发的极点，以抵消其带来的影响，并取最佳阻尼比ξ=0.707。直流侧电容电压与交流电源注入VSC的有功功率有关。在d轴电流环外加直流侧电压环控制并附加PI校正环节，构成双闭环系统。
3 仿真算例分析
在MATLAB/simulink环境下搭建双闭环控制动态结构图图1，其单位阶跃响应如图2所示。电流经过4ms即可完成跟踪，与理论值基本一致，超调很小，且稳态时无静差；直流侧电压经过100ms到达稳态值700V，且稳态时无静差，超调量为7%。动态性能满足指标，结果验证了控制器设计的正确性。
4 结论
根据运行工况与功率控制理论设计的三相PWM整流控制器的方法是正确的，采用极点配置法可以优化控制系统的性能，方法具备通用性。仿真结果表明：三相PWM整流装置具备谐波污染小、电压精度高等优点，具备工程应用的潜力。
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论文作者:王雪杰1,王元军2,郝书一3
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第20期
论文发表时间:2018/11/15
标签：整流器论文; 相电压论文; 控制器论文; 电流论文; 线性化论文; 极点论文; 装置论文; 《建筑学研究前沿》2018年第20期论文;