基于電流預(yù)測(cè)的SVPWM控制的研究
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時(shí)間：2011-12-23
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三相PWM整流器的直接電流控制具有電流響應(yīng)快速性，直接電流控制的方式有：滯環(huán)電流控制【1】、固定開關(guān)頻率控制【2】、空間矢量電流控制【3】等。然而由于電流采樣周期及PWM控制延時(shí)的存在，使三相交流電流控制存在滯后，這將影響電流跟蹤控制的動(dòng)態(tài)性能。本文提出了基于電流預(yù)測(cè)直接控制的方法，控制PWM整流器的開關(guān)，可實(shí)現(xiàn)電流的無(wú)差拍控制。
2.預(yù)測(cè)電流直接控制原理
基于數(shù)字控制的三相VSR PWM電流控制器，因電流采樣周期及PWM控制延時(shí)的存在，使三相VSR交流電流控制存在滯后，這將影響電流跟蹤控制的動(dòng)態(tài)性能。三相VSR PWM控制器，其電流控制的最小延時(shí)至少需要一個(gè)PWM開關(guān)周期，而預(yù)測(cè)電流直接控制的思想就是要求只經(jīng)過(guò)一個(gè)PWM開關(guān)周期，使三相VSR實(shí)際電流與指令電流相等。
從開關(guān)的在線優(yōu)化出發(fā)，控制加到開關(guān)控制器的輸入量，從而控制復(fù)平面里的電流矢量軌跡，使它相對(duì)于參考電流矢量保持最小的空間誤差。即在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)根據(jù)負(fù)載情況和給定的電流矢量變化率，推導(dǎo)出使電流誤差矢量趨于零的電壓矢量，去控制PWM整流器的開關(guān)，實(shí)際上是對(duì)電流作出預(yù)測(cè)性控制。當(dāng)開關(guān)頻率較高時(shí)，可實(shí)現(xiàn)電流的無(wú)差拍控制，提高電流控制的精度和電壓環(huán)響應(yīng)速度。其結(jié)構(gòu)如圖1。
3.基于電流預(yù)測(cè)的SVPWM控制策略
三相VSR電流預(yù)測(cè)SVPWM控制是一種電流響應(yīng)較快的基于電壓矢量合成的PWM電流控制策略，與采用PI調(diào)節(jié)器生成指令電壓矢量方案不同的是，這種電流預(yù)測(cè)SVPWM控制的指令電壓矢量采用電流預(yù)測(cè)算法求得。
根據(jù)三相VSR的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和電壓空間矢量的定V、E、I分別為三相VSR的入端空間電壓矢量、三相電網(wǎng)電壓的空間電壓矢量和三相電網(wǎng)電流空間矢量。
在忽略線電阻的情況下，為了實(shí)現(xiàn)三相VSR的電流預(yù)測(cè)控制，設(shè)
事實(shí)上，因?yàn)槲覀兿Ｍ?div align="center" style="margin-top: 0px; margin-right: 0px; margin-bottom: 0px; margin-left: 0px; padding-top: 0px; padding-right: 0px; padding-bottom: 0px; padding-left: 0px; ">
仍按照電壓外環(huán)控制模式，根據(jù)輸出直流電壓的誤差得到系統(tǒng)當(dāng)前期望的有功電流，無(wú)功電流期望為0；通過(guò)坐標(biāo)變換便可得到
在基于電流預(yù)測(cè)的SVPWM控制方式中，需要校正的只有直流電壓外環(huán)一個(gè)PID調(diào)節(jié)器了，參數(shù)調(diào)節(jié)變得更加方便，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)也更加容易。這種控制方式不僅繼承了常規(guī)SVPWM的各種優(yōu)點(diǎn)，而且實(shí)現(xiàn)更加簡(jiǎn)單，性能更為優(yōu)越。
4.基于電流預(yù)測(cè)的SVPWM仿真
仿真參數(shù)：整流器的容量P=2500kW，直流側(cè)輸出電壓Udc=1500V，開關(guān)頻率選為f=2k，輸入電感L=0.85mH，直流側(cè)電容C=60mF，負(fù)載電阻
各相電壓、電流對(duì)稱，以下圖形為A相電壓、電流波形和直流側(cè)輸出電壓波形。
在反電勢(shì)為0的前提下，待系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)；然后在大約第0.5秒鐘時(shí)刻，在直流側(cè)加入500V的反電動(dòng)勢(shì)；再次進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)后，分別在大約第1秒和1.5秒鐘時(shí)刻再將直流側(cè)反電勢(shì)值分別改為1500V和2000V。
仿真結(jié)果對(duì)比表明：基于預(yù)測(cè)電流的SVPWM模式與滯環(huán)電流控制方式相比，基于預(yù)測(cè)電流的SVPWM模式的暫態(tài)調(diào)節(jié)時(shí)間和超調(diào)量都小于滯環(huán)電流控制方式，電流跟蹤的快速性更好，而且輸出電壓的諧波也小。 可見(jiàn)，預(yù)測(cè)電流控制方式是一種非常好的直接電流控制方式。
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