一種三相電網(wǎng)電壓不平衡時pwm整流器模糊滑模變結(jié)構(gòu)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力電子應(yīng)用領(lǐng)域，特別設(shè)及一種整流器，具體說是電網(wǎng)電壓不平衡 時，基于模糊算法和滑模變結(jié)構(gòu)控制的電壓源PWM整流器。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了能量可雙向流通的PWM整流器，實現(xiàn)能量雙向 流通。其具有網(wǎng)側(cè)電流正弦化、功率因數(shù)可調(diào)控、四象限運行等優(yōu)點，真正實現(xiàn)了 "綠色電能 變換"。在電氣眾多領(lǐng)域中具有廣泛應(yīng)用。
[0003] 然而大多數(shù)整流器的研究均是建立在=相電網(wǎng)電壓平衡條件下，而實際電網(wǎng)電壓 并不是完全平衡的。電網(wǎng)電壓不平衡時，整流器交流側(cè)的電流會產(chǎn)生非線性諧波，直流側(cè)電 壓也會產(chǎn)生二次諧波波動，會導(dǎo)致VSR=相輸入電流不平衡，并會加大系統(tǒng)的損耗使整流 器性能下降，可能發(fā)生故障保護，甚至燒毀變流裝置。
[0004] 現(xiàn)行的電壓型PWM整流器（VSR)大多采用PI控制器進行調(diào)節(jié)。其優(yōu)點是控制方 法簡單，技術(shù)成熟。但其抗干擾能力差、動態(tài)響應(yīng)較慢，對于整流環(huán)節(jié)要求高的領(lǐng)域，難W滿 足要求。而滑模變結(jié)構(gòu)控制具有魯棒性強、動態(tài)響應(yīng)快的優(yōu)點，但是變結(jié)構(gòu)控制的抖振問題 會造成系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差。抖振問題一直制約著滑模變結(jié)構(gòu)控制的發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明目的是克服S相電網(wǎng)電壓不平衡所帶來的二次諧波輸入電流問題，W及滑 模變結(jié)構(gòu)控制控制方法的抖振問題，實現(xiàn)整流器=相輸入電流的平衡，增強VSR的魯棒性 和動態(tài)性能。
[0006] 為實現(xiàn)W上目的，本發(fā)明采用W下技術(shù)方案：
[0007] -種=相電網(wǎng)電壓不平衡時PWM整流器模糊滑模變結(jié)構(gòu)控制方法，包括W下步 驟：
[000引 SI,對電壓型PWM整流器VSR直流側(cè)電壓Ud。進行采樣，經(jīng)PI控制器獲得整流器的 額定有功功率試；
[0009]S2,對S相電網(wǎng)電動勢e。，Gb,e。及VSR交流側(cè)電流i。，ib，ic進行采樣，經(jīng)過Park 變換和陷波器進行正負序分解得到：詩、C'、聳、詩、巧、與.z,f、皆；然后巧、巧、詩，蜂與額定 功率細，編和二次諧波功率撫;、挺g列寫功率矩陣；最后對功率矩陣進行廣義逆矩陣計算， 得到額定電流礦、礦、礦、;
[0010]S3,電流內(nèi)環(huán)采用模糊滑模變結(jié)構(gòu)控制，額定電流礦礦，皆、f經(jīng)變換為V 并與檢測得到的整流器網(wǎng)側(cè)電流i"、ip構(gòu)建私巧，:餐為變量的變結(jié)構(gòu)函數(shù)，進而得出 SVPWM參考空間矢量通過SVPWM算法輸出VSR的開關(guān)控制信號。
[0011] 進一步，所述步驟S2還包括，列寫出基波功率堿，遍與因電網(wǎng)電壓不平衡，其負序 分量所帶來的二次諧波正弦、余弦有功功率功率設(shè)置如^托^知:0，通過廣義逆矩 陣變換，得到額定電流皆、於if、礦的表達式。
[0012] 進一步，所述步驟S3的模糊滑模變結(jié)構(gòu)控制具體過程為：
[0013] S31，構(gòu)建兩相靜止坐標(biāo)系下的參數(shù)嘶=礙-％、雌=琪…磅，與整流器側(cè)交流電壓 V。，VpW及調(diào)節(jié)系數(shù)Uma、UmP構(gòu)造滑模變結(jié)構(gòu)的函數(shù)S。，Sp; (U。，Ub,U。經(jīng)Clark變換得到 V。，Vp)
[0014] S32,定義穿過原點的滑模切線S，W及穿過原點并垂直于切線的直線為t，W原 點、切線S、垂直線t建立坐標(biāo)軸。根據(jù)檢測狀態(tài)點到各坐標(biāo)軸的距離分別為心。I、心PI， Lt。I、ILtPI，作為模糊控制的輸入；
[0015] S33、所述模糊控制器的隸屬度函數(shù)選取：
[001 引ifILsIisLSiandILjisLTithenUmisFlf
[0017] 其中，LSI為|L」的語言變量，Lr為|LJ的語言變量，F(xiàn)ir為Um的語言變量，LT語 言變量取PS，PL;LS語言變量取化，PS，ZE;即語言變量取ZE，PS，化；化正大，PS為正小， ZE為零；根據(jù)隸屬度函數(shù)的規(guī)則、輸入確定輸出，其輸出值是變結(jié)構(gòu)控制的可調(diào)系數(shù)IV進 而通過模糊滑模變結(jié)構(gòu)控制求出參考電壓矢量'4
[001引S34、根據(jù)vl，v;;，用空間矢量調(diào)試技術(shù)進行調(diào)制輸出。
[0019] 本發(fā)明具有W下技術(shù)效果：
[0020] 本發(fā)明利用功率的守恒原則，列寫功率方程；通過對功率參數(shù)的設(shè)置，經(jīng)過功率方 程矩陣的廣義矩陣逆變換得到額定電流；實現(xiàn)單位功率因數(shù)運行和消除電網(wǎng)=相電壓不平 衡時，帶來的不平衡電流和二次諧波的影響。
[0021] 本發(fā)明利用變結(jié)構(gòu)控制對于參數(shù)變化W及干擾的不敏感性W及響應(yīng)速度快的性 能，提高整流器的魯棒性系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)速度W及動態(tài)性能，但變結(jié)構(gòu)控制的抖振問題使系 統(tǒng)穩(wěn)定性變差。因此本文結(jié)合模糊控制的優(yōu)點，W坐標(biāo)系a0下狀態(tài)點距切換線的距離為 變量來調(diào)節(jié)滑模變結(jié)構(gòu)控制的系數(shù)，可W有效抑制變結(jié)構(gòu)控制的抖振問題。
[0022] 本發(fā)明與傳統(tǒng)的整流器控制相比，該方法對被控對象的數(shù)學(xué)模型要求不高，整流 器抗干擾能力強且可W有效抑制變結(jié)構(gòu)的抖振問題，運行穩(wěn)定，易于數(shù)字化實現(xiàn)的特點。
[0023] 與傳統(tǒng)控制方法相比，其不僅實現(xiàn)了整流器電流的平衡，還可實現(xiàn)增強系統(tǒng)魯棒 性和響應(yīng)速度的功能。
【附圖說明】
[0024] 圖1本發(fā)明提出的PWM整流器主電路結(jié)構(gòu)圖。
[00巧]圖2為本發(fā)明的陷波器原理圖。
[0026] 圖3本發(fā)明提出的模糊滑膜變結(jié)構(gòu)控制策略原理圖。
[0027] 圖4模糊算法的隸屬度函數(shù)圖；圖4(a)Lg的隸屬度函數(shù)；圖4(b)Lt的隸屬度函 數(shù)；
[002引圖4(c)Um的隸屬度函數(shù)。
[0029] 圖5為板糊巧制總圖。
【具體實施方式】
[0030] 下面結(jié)合附圖、表格和實施實例對本發(fā)名作進一步闡述。
[0031] 本發(fā)明的方法的工作原理為：
[003引（1)對電壓型PWM整流器VSR直流側(cè)電壓進行采樣，經(jīng)PI控制器獲得額定有功功 率滿；
[003引似對S相電網(wǎng)電壓及VSR交流側(cè)電流進行采樣，經(jīng)過Park變換后得到6d、eq、id、 iq。然后將其進行正負序分解得到e:;、巧、皆，皆，礦C、礦弓'；為了實現(xiàn)整流器單位功率因 數(shù)運行，W及消除直流側(cè)的二次諧波波動，將檢測到的電壓和功率列寫功率矩陣，并進行廣 義逆矩陣計算，得到額定電流皆、怒\皆、i尸。
[0034] 做電流內(nèi)環(huán)采用模糊滑模變結(jié)構(gòu)控制。步驟（1)中的額定電流經(jīng)過滑模變結(jié)構(gòu) 控制器，狀態(tài)點不斷穿越切換線并沿著切換面運動到原點。同時，在a0坐標(biāo)系下檢測狀 態(tài)點距原點的方位與距離，W距離遠近為變量，通過模糊控制器的隸屬度函數(shù)W及控制規(guī) 則表來調(diào)節(jié)滑模變結(jié)構(gòu)控制器的系數(shù)，W此來減弱滑模變結(jié)構(gòu)控制的抖振問題。最后得出 系統(tǒng)參考空間矢量'>心呼。通過SVPWM算法輸出VSR的開關(guān)控制信號。
[0035] 如圖1所示為PWM整流器的結(jié)構(gòu)圖，包括S相交流電源e與網(wǎng)側(cè)濾波器（電感L和 電阻R串聯(lián)組成）、=相整流橋W及=相整流橋兩側(cè)并聯(lián)的直流電容C，W及負載町構(gòu)成。 [003引圖2是本發(fā)明用于正負序電動勢分解的陷波器原理圖。S相電網(wǎng)電動勢e。，卻，e。 經(jīng)過Park變換后正序交流電動勢變換為直流電動勢6d，e。，而負序交流電動勢變?yōu)槎沃C 波電動勢。運里不采用低通濾波器而采用陷波器。因為低通濾波器頻帶窄，在濾除二次電 動勢同時會影響系統(tǒng)動態(tài)性能。采用陷波器只需要將陷波角頻率設(shè)計為《。二2?，運樣便 可將電網(wǎng)中的負序電動勢濾除。陷波器對二次諧波W外的信號影響較小，進而改善動態(tài)性 能。
[0037] 如圖3所示，所述整流器控制電路包括PI控制模塊、廣義逆矩陣算法模塊、模糊滑 模變結(jié)構(gòu)控制模塊（SMC)W及SVPWM開關(guān)控制模塊。通過對電網(wǎng)電壓、整流器電流進行采 樣，經(jīng)計算得到誠。設(shè)置如= /，::=也.=0W及根據(jù)功率守恒所采取廣義逆矩陣算法，得到控 制所需的控制電流r.礦、礦.礦;模糊滑模變結(jié)構(gòu)控制器通過電流參數(shù)得到整流器的空間 電壓矢量該、讀，最后由PWM開關(guān)控制器輸出開關(guān)動作信號。
[0038] 下面對附圖3作進一步具體描述。
[0039] 1)對電壓型PWM整流器VSR直流側(cè)電壓Ud。進行采樣，經(jīng)PI控制器獲得整流器的 額定有功功率約；其計算方法為：
[0042] 2)由于電網(wǎng)電動勢不平衡，其負序分量會產(chǎn)生二次諧波的功率。因此首先對=相 電網(wǎng)電壓e。，如e。及VSR交流側(cè)電流i。，ib，i進行采樣，經(jīng)過Park變換和利用陷波器進行 正負序分解得到輯、聲聲'續(xù)、皆' 塔、巧、f;利用正負序分解的電網(wǎng)電壓竭、竭、婷、《和額 定功率試、滿W及二次諧波功率列寫功率