CN206564547U - 一种新型空间矢量控制的pwm整流器系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型空间矢量控制的PWM整流器系统，电压外环为模糊滑膜变结构控制，电流内环为PI控制，简化系统结构。包括主电路、控制电路和检测电路，所述主电路包括三相交流电源和PWM整流器；所述控制电路包括比较器、模糊滑膜变结构控制器、两个电流调节器、脉宽矢量生成器和电压反馈电路；所述检测电路包括电压检测电路与电流检测电路。本实用新型所提出的新型空间矢量控制的PWM整流器系统电路设计简单、能够实现单位功率因数控制、网测电流谐波含量低、直流侧输出稳定。

Description

一种新型空间矢量控制的PWM整流器系统

技术领域

本实用新型属于电力电子技术应用领域，具体涉及一种模糊自适应滑膜变结构控制下的新型空间矢量PWM整流器系统。

背景技术

三相电压型PWM整流器（VSR）能够实现单位功率因数控制、能量双向传输等优点而广泛的应用在电力工业中。三相VSR本身为非线性、不确定系统，传统双闭环PI控制器虽然结构简单、易于数字化，但其本身易受到外部扰动及自身参数变化的影响。一旦受到不确定因素的影响，将导致三相VSR系统的鲁棒性和动态性能变差，因此常规的控制策略很难达到理想的控制效果。

目前智能控制如模糊控制、神经网络控制等被应用于三相VSR控制系统中。由于模糊控制规则之间的相互作用，单纯的使用模糊控制难以达到理想的效果。神经网络虽然具有容错性、非线性逼近的优点，但神经控制器在运行过程中需要边学习边调整权值，因此对微处理器提出了较高的要求，难以数字化实现。滑模控制是一种变结构系统控制的非线性控制方法，该控制方法根据系统状态变量在状态空间中的当前位置以高频在一个结构和另一个结构之间切换，迫使被控系统能够精确的跟踪预先设定的期望值。一旦系统进入预先设定的滑动模态，对外部扰动及不确定因素具有很强的鲁棒性。

但滑模控制会使系统以极高的频率切换，导致系统出现有害的抖振效应。滑膜控制系统存在抖振问题，抖振现象不仅影响系统的控制精度，甚至造成控制系统的不稳定性，因此在应用滑膜控制方法时必须削弱抖振现象。传统滑模控制器由于抖振现象的存在严重影响系统的稳定，对系统的整体稳定性能造成很大影响。

针对现有技术的不足，设计出一种可以削弱抖振的方法，将模糊控制与滑膜变结构控制相结合应用到PWM整流器系统中。

发明内容

本实用新型为了解决现有技术存在的问题，提出了一种新型空间矢量控制的PWM整流器系统，电路设计简单，能够实现单位功率因数运行，负载突变时直流输出稳定。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案。

一种新型空间矢量控制的PWM整流器系统，包括主电路、控制电路和检测电路，所述主电路包括三相交流电源和PWM整流器；所述控制电路包括比较器、模糊滑膜变结构控制器、两个电流调节器、脉宽矢量生成器和电压反馈电路；所述检测电路包括电压检测电路与电流检测电路。

所述PWM整流器的主电路分别于电压检测电路、电流检测电路、电压反馈电路的输入连接；所述电压比较器将与给定电压与电压反馈电路的输出电压比较后与模糊滑膜变结构控制器连接，所述模糊滑膜变结构控制器与电流调节器连接，所述电流调节器通过变换后与脉宽矢量生成器连接，所述脉宽矢量生成器与主电路的整流器连接。所述检测电路的电压信号与电流信号由霍尔传感器检测得到。

所述电流检测电路连接Park变换与Clark变换模块输出交直轴电流iq、id，所述的电压检测电路连接Clark变换模块输出静止两项电压。

所述整流器各相桥臂均采用IGBT管控制，每个IGBT管反并联一个二极管，各IGBT管均由脉宽矢量生成器生成的SVPWM波驱动。

所述电压外环采用模糊滑膜变结构控制，电流内环采用传统PI控制: 所述新型空间矢量控制的PWM整流器系统的控制电路采用TI公司的DSP数字处理芯片TM320F2812。

本实用新型有益效果如下。

（1）本实用新型提供了一种新型空间矢量控制的PWM整流器系统，电路设计简单，成本低，有较高的实用价值，能够广泛应用于多种场合。

（2）本实用新型对外加扰动进行自适应调整，实时调整滑膜变结构控制中切换函数的增益，当距离滑模面较远时，增大切换函数的增益，当距离滑模面较近时，减小切换函数的增益，从而以较快速度达到稳定状态。

（3）本实用新型采用模糊控制和滑模控制相结合的复合控制方案，结合两者的优点来提高三相整流器的抗干扰能力和动静态性能，减少抖振引起电力电子开关器件的损耗，能够实现单位功率因数控制、网测电流谐波含量低、直流侧输出稳定。

附图说明

图1是本实用新型一种新型空间矢量控制的PWM整流器系统的结构框图。

图2是本实用新型一种新型空间矢量控制的PWM整流器系统的滑膜变结构控制器结构图。

图3是本实用新型一种新型空间矢量控制的PWM整流器系统的直流侧输出电压仿真效果图。

图4是本实用新型一种新型空间矢量控制的PWM整流器系统的电网侧功率因数图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，本实用新型一种新型空间矢量控制的PWM整流器系统，包括主电路、控制电路和检测电路，所述主电路包括三相交流电源和PWM整流器；所述控制电路包括比较器、模糊滑膜变结构控制器、两个电流调节器、脉宽矢量生成器和电压反馈电路；所述检测电路包括电压检测电路与电流检测电路。所述PWM整流器的主电路分别于电压检测电路、电流检测电路、电压反馈电路的输入连接；所述电压比较器将与给定电压与电压反馈电路的输出电压比较后与模糊滑膜变结构控制器连接，所述模糊滑膜变结构控制器与电流调节器连接，所述电流调节器通过变换后与脉宽矢量生成器连接，所述脉宽矢量生成器与主电路的整流器连接。所述检测电路的电压信号与电流信号由霍尔传感器检测得到。

通过霍尔电流传感器、霍尔电压传感器采样整流器交流侧电流信号、电压信号，DSP处理器把采集到的交流侧电流信号与电压信号转换为数字信号，将静止的三相电流信号ia、ib、ic通过Clark变换与Park变换转换为旋转的两相电流信号id、iq，将id、iq分别输入到内环与外环的比较器；将静止的三相电压信号ea、eb、ec通过Clark变换转换为静止两相电压信号Vɑ、Vβ。将Vɑ、Vβ连接到双闭环控制电路的Park逆变环节。

如图2所示，通过电压传感器将直流侧输出的电压信号反馈到控制电路与电压给定值进行比较，得出的比较值输入到模糊滑膜变结构控制器，为了减弱抖动，利用滑模控制器实时调整的值而实现滑模变结构控制。本实用新型的控制方法是：当系统状态点距离滑模面较远时，加大控制量，加快正常阶段的趋近速度；当系统状态点距离滑模面较近时，减小控制量，防止系统以过快的速度冲过滑模面造成系统抖动，实现电压外环的模糊滑膜控制。由于PWM整流器系统的外部控制变量有两个：Udc和iq ，所以在设计系统的开关函数时只需考虑Udc和iq两个变量。为保证系统单位功率因数运行，则iq*=0 。设eu =Udc*-Udc ,选择eu ,deu/d为状态变量。

滑膜变结构控制器输出的直轴电流i*d与电流检测电路输出的id输入比较器，比较器与PI调节器连接；两个PI调节器输出的旋转电压V*d/、V*通过Park逆变换得到静止两相电压V*ɑ、V*β，静止两相电压V*ɑ、V*β通过脉宽矢量发生器得到SVPWM波，将SVPWM波作为触发信号输入到PWM整流器。

如图3所示为本实用新型PWM整流器系统直流侧输出电压仿真效果图，图中可以看出模糊自适应滑模控制方式比双闭环PI控制具有更小的超调量，且能够更快的到达稳态值；突加负载时，模糊自适应滑模控制方式电压波动范围小，恢复到稳态值时间短。模糊自适应滑模控制的三相PWM整流器系统具有更强的抗干扰能力和动态性能。

如图4所示为本实用新型PWM整流器系统电网侧功率因数，图中可以看出系统进入稳定状态时功率因数值达到0.996以上，接近为单位功率因数值1，能够实现单位功率因数运行。

上述结合附图对本实用新型的具体实施方式进行描述，本领域技术人员可以在不违背本实用新型的理论和实质的前提下对其作出修改或补充或类似方式的替代，但这些改动均在本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种新型空间矢量控制的PWM整流器系统，其特征在于：包括主电路、控制电路和检测电路；所述主电路分别于电压检测电路、电流检测电路、电压反馈电路的输入连接；所述电压外环中电压比较器将与给定电压与电压反馈电路的输出电压比较后与模糊滑膜变结构控制器连接，所述模糊滑膜变结构控制器与电流调节器连接，所述电流内环中电流调节器通过变换后与脉宽矢量生成器连接，所述脉宽矢量生成器与主电路的整流器连接；所述检测电路的电压信号与电流信号由霍尔传感器检测得到。

2.如权利要求1所述的新型空间矢量控制的PWM整流器系统，其特征在于：所述电流检测电路连接Park变换与Clark变换输出两相旋转电流iq、id，所述的电压检测电路连接Clark变换模块输出静止两项电压。

3.如权利要求1所述的新型空间矢量控制的PWM整流器系统，其特征在于：所述整流器各相桥臂均采用IGBT管控制，每个IGBT管反并联一个二极管，各IGBT管均由脉宽矢量生成器生成的SVPWM波驱动。

4.如权利要求1所述的新型空间矢量控制的PWM整流器系统，其特征在于：所述电压外环采用模糊滑膜变结构控制，电流内环采用传统PI控制。

5.如权利要求1所述的新型空间矢量控制的PWM整流器系统，其特征在于：所述新型空间矢量控制的PWM整流器系统的控制电路采用TI公司的DSP数字处理芯片TM320F2812。