[发明专利]一种基于多滑模变结构控制的三相PWM整流器

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种三相PWM整流器，尤其涉及一种基于多滑模变结构控制的三相PWM整流器。

背景技术

三相PWM整流器由于具有能量“绿色”且双向流动、网侧功率因数高、电流畸变小和输出电压可调等优点，成为现代电力电子领域研究的热点问题之一，并广泛应用在有源电力滤波器、风力发电、光伏发电、不间断电源(UPS)和新兴混合动力车充电站等工业领域。各种控制策略，如：PI控制、预测控制、滞环控制、精确反馈线性化控制、滑模变结构控制和无源控制等理论被应用到整流器的控制中，都取得了一定的效果。

三相PWM整流器属于一种多变量且变量间耦合性很强的非线性系统，这给控制器的设计带来一定的难度。针对这一问题，有学者把精确线性化控制和滑模变结构控制等理论以不同的方式应用到整流器的控制中。比如基于输入、输出线性化的控制策略，实现了单位功率因数运行及对输出电压的间接控制；采用状态反馈精确线性化控制方法实现了整流器电流内环的解耦，并利用功率平衡及PI算法对输出电压外环进行控制。上述所提的控制策略都在不同程度上改善了整流器的性能，但也存在系统起动响应慢、负载跳变时输出电压波动大或发生振荡以及动态响应慢等不足。

发明内容

为了克服三相整流器性能方面的难题，本发明提出一种基于多滑模变结构控制的三相PWM整流器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明综合利用反馈线性化控制、滑模变结构控制的优点，并克服两种控制方法的缺点，提出一种多滑模变结构控制混合算法。

基于多滑模变结构控制的三相PWM整流器，包括三相PWM整流器主电路、电压外环和电流内环三个部分。

所述三相PWM整流器主电路由六个反并联二极管的IGBT组成的桥式电路、滤波电感、滤波电容组成；

所述电压外环采用基于指数趋近律的滑模变结构控制策略；

所述电流内环采用输入、输出反馈线性化滑模变结构控制方案。

本发明的有益效果是：结合输入、输出反馈线性化对电流内环进行线性化处理，实现了整流器电流解耦控制，并选用指数趋近律设计了电流内环的滑模变结构控制器。同时，电压外环也设计为滑模变结构控制器。电流内环采用输入、输出反馈线性化的滑模变结构控制，输入电流能很好地跟随输入电压而且畸变小，从而保证系统以单位功率因素运行及具有较低的谐波含量。电压外环采用基于指数趋近律的滑模变结构控制策略提高了系统起动速度，进一步改善了系统的稳态特性和动态特性，能有效地减少系统的抖动。控制策略有效地克服了输入、输出反馈线性化控制过于依赖精确的系统数学模型的缺点，在系统参数发生一定变化时仍能保持较强的鲁棒性，从而适合于工程实际应用。

附图说明

图1三相PWM整流器主电路。

图2三相PWM整流器控制框图。

具体实施方案

图1中，e_a、e_b和e_c为整流器三相交流输入电源；R_L为输出负载电阻，其两端电压为整流器的输出电压U_dc；L是升压电感；R是升压电感等效阻值。假定输入电压是三相平衡电压，则三相PWM整流器在同步旋转dq坐标系下的数学模型为

式中，e_d和e_q分别为相电压e_a、e_b和e_c在dq坐标系下的网侧电压；i_d和i_q分别为相电流i_a、i_b和i_c在dq坐标系下的网侧电流；s_d和s_q分别为开关函数在dq坐标系下的变量。

对三相PWM整流器进行控制，主要是要实现单位功率因数运行，并稳定直流侧输出电压。本发明提出电压外环、电流内环均采用滑模变结构控制策略，即电压外环采用基于趋近律的滑模变结构控制策略，确保输出电压保持稳定，并给电流内环提供参考指令电流电流内环采用基于反馈线性化的滑模变结构控制策略，实现电流内环变量的解耦，实现输入电流正弦化与跟输入电压同相位。