本發(fā)明涉及一種Vienna整流器的控制方法，尤其涉及一種Vienna整流器的雙閉環(huán)控制方法。

背景技術：

滑?？刂疲⊿liding Mode Control，SMC）是一種不連續(xù)的非線性控制，在預先設計的滑模面上快速地切換系統(tǒng)的控制狀態(tài)，具有高頻開關特性，特別適用于電力電子裝置的開關控制。并且SMC對系統(tǒng)模型精度要求不高，對參數變化和外部擾動不敏感，具有動態(tài)響應速度快、抗干擾能力強、控制規(guī)律簡單和實現容易等優(yōu)點。三相Vienna整流器，因其開關數目少電路結構簡單、無輸出電壓橋臂直通、無需設置開關死區(qū)、輸入電流諧波含量低、可實現輸入單位功率因數校正等優(yōu)點，受到各國學者的廣泛關注。對Vienna 整流器的研究主要集中在數學模型分析、優(yōu)化脈寬調制技術和改善電路性能的控制策略等三方面。隨著Vienna 整流器應用場合的多樣化，對其靜、動態(tài)性能的要求也越來越高，由于該整流器是一個非線性系統(tǒng)，采用常規(guī)的雙閉環(huán)PI 控制算法難以達到理想的控制效果。

傳統(tǒng)電流電壓雙閉環(huán)控制策略的PI 調節(jié)器控制參數為常數且較為敏感，在系統(tǒng)啟動和負載變動時，Vienna 整流器存在動態(tài)響應速度慢、抗干擾性能差、網側電流諧波（THD）含量大等問題。

技術實現要素：

為了克服Vienna 整流器存在動態(tài)響應速度慢、抗干擾性能差、網側電流諧波（THD）含量大的問題，本發(fā)明提出一種Vienna整流器的雙閉環(huán)控制方法。

本發(fā)明將滑?？刂茟絍ienna 整流器的雙閉環(huán)中，提出新型雙閉環(huán)滑模非線性控制策略，內環(huán)采用直接功率滑?？刂疲―PC-SMC），不需要電網電壓的相位信息和同步旋轉坐標變換，具有控制結構簡單，計算量小和動態(tài)響應快等優(yōu)點；電壓外環(huán)采用電壓平方反饋閉環(huán)滑?？刂破魈岣唠妷喉憫俣?。

Vienna整流器雙閉環(huán)控制方法，包括三相Vienna整流主電路、電壓外環(huán)滑?？刂?、功率內環(huán)滑?？刂迫齻€部分。

所述三相Vienna整流主電路，由六個二極管組成的橋式電路、三個開關、兩個濾波電容以及負載和電源組成。

所述電壓外環(huán)滑?？刂疲捎镁€性PI 調節(jié)器利用d 軸電流對直流母線電壓進行跟蹤，構造以電壓平方為控制量間接實現電壓閉環(huán)的滑?？刂撇呗裕蕴岣呦到y(tǒng)的動態(tài)特性和穩(wěn)態(tài)精度。

所述功率內環(huán)滑?？刂撇捎弥笖第吔试O計滑模控制，用于減弱滑模變結構控制的抖振，為了消除系統(tǒng)狀態(tài)變量與其參考值之間的誤差，定義滑模控制器的輸入為系統(tǒng)變量及其參考值之差。

本發(fā)明的有益效果是：算法的控制結構簡單，運算量小，引入電壓平方反饋使系統(tǒng)具有良好的動態(tài)電壓跟蹤效果。在系統(tǒng)啟動和負載突變時，采用雙閉環(huán)滑?？刂萍雀纳屏讼到y(tǒng)響應速度，又提高了系統(tǒng)的抗干擾性能；同時雙閉環(huán)滑?？刂扑惴軡M足系統(tǒng)的控制性能要求：網側為單位功率因數，輸入電流正弦度高且諧波含量低，輸出直流電壓穩(wěn)定且紋波小等。因此，雙閉環(huán)滑模控制具有良好的應用價值。

附圖說明

圖1 三相Vienna 整流器的拓撲結構。

圖2 三相Vienna 整流器控制框圖。

具體實施方式

圖1中，每個雙向開關由一個開關功率器件和四個二極管組成，結構如圖1右半部所示；每只橋臂上存在上下兩只快速恢復二極管（a相）。有功功率單方向從交流側流到直流側，而無功功率僅在交流側流動，兩者的耦合關系通過交流電感體現；直流電容在一個開關周期內不消耗功率，只提供穩(wěn)定直流電壓的作用；有功功率由直流電壓的數值平方體現，電壓外環(huán)的輸出作為功率內環(huán)的有功給定值，無功給定值設定為零。

滑?？刂破鞑捎弥笖第吔试O計滑模控制器，用于減弱滑模變結構控制的抖振。通過合理選擇參數，既可以保證滑動模態(tài)的動態(tài)品質，又可以減弱控制信號的高頻抖振，讓系統(tǒng)狀態(tài)量以變速和指數兩種速率趨向滑模面，提高趨近速率，當接近滑模面時，指數趨近律的速度接近為零，有效減小進入滑模面時的抖動。

根據整流器在靜止α-β坐標系下的數學模型，經過同步旋轉變換后，直流母線電壓與電流和電流均相關，采用線性PI調節(jié)器利用d軸電流id對直流母線電壓進行跟蹤，構造以電壓平方為控制量間接實現電壓閉環(huán)的滑?？刂撇呗?，以提高系統(tǒng)的動態(tài)特性和穩(wěn)態(tài)精度。

圖2，根據檢測到的三相電源電壓和電流，利用在靜止坐標系下的公式，估算求得瞬時有功和無功功率，外環(huán)控制的輸出作為內環(huán)有功功率的給定值，無功給定設定為零，利用功率誤差式求得，進行空間矢量調制。功率內環(huán)無需同步速旋轉坐標變換和電網電壓的相位信息,控制結構簡單；電壓外環(huán)的數值平方作為反饋量，其效果等效于增加直流增益，且不影響系統(tǒng)穩(wěn)定性，經過放大的誤差使電壓快速跟隨其給定值，加快系統(tǒng)的響應速度。