一种滑模变结构的PWM整流器直接功率控制方法与流程

本发明涉及一种PWM整流器，尤其涉及一种滑模变结构的PWM整流器直接功率控制方法。

背景技术：

三相电压型PWM 整流器具有功率因数高、结构简单、可控性好、能实现能量的双向流动等优点，广泛应用于风力发电、并网发电等领域。随着电力电子技术的发展，PWM 整流器控制方式的研究也逐渐深入。三相电压型PWM 整流器的传统控制方法一般是对电压或电流进行控制，但采用这种控制算法的逆变器得到的电网功率因数偏低，电网谐波严重。根据有功和无功功率的瞬时表示方法，将功率控制策略应用于三相PWM整流器/逆变器，即直接功率控制(Direct Power Control, DPC)。直接功率控制类似于电机控制系统中的直接转矩控制，是直接对控制系统的有功功率和无功功率进行控制，在理论上可实现单位功率因数控制, 具有动态响应性能好、效率高、实现简单和应用领域广等诸多优点，受到国内外学者的广泛关注。

在控制过程中，变结构控制系统的结构具有一定的开关特性，这种开关特性迫使系统在预先设定的状态附近作小幅度穿越运动，并且其运动还不受系统所处环境变化和被控对象的参数扰动等的影响，因而使得该控制状态下的系统具有动态响应速度快、适应能力强、鲁棒性能好、无需在线辨识和物理实现容易等优点。

技术实现要素：

为了克服传统控制算法逆变器得到的电网功率因数偏低，电网谐波严重的难题，本发明提出一种滑模变结构的PWM整流器直接功率控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是。将滑模变结构控制应用于PWM整流器的直接功率控制中，可以结合两者的优点，在加强系统鲁棒性能同时还可以使系统瞬态响应速度得到提高。本发明根据PWM整流器瞬时功率控制下的数学模型，结合传统DPC 的基本控制思路，借助滑模变结构控制的特点，将其引入到直接功率控制中。

滑模变结构的PWM整流器直接功率控制方法包括三相PWM整流电路、直接功率控制、滑模变结构控制和PWM脉宽调制四个部分。

所述三相PWM整流电路由六个IGBT开关管组成的桥式整流电路、线路阻抗、电源、滤波电容和负载组成，采用PWM控制开关管的通断，实现整流功能。

所述直接功率控制通过对交流侧电压和电流进行采样后，经过计算，得到系统的瞬时有功功率和无功功率，最终得到滑模变结构的给定参数。

所述滑模变结构控制（Sliding Mode Control, SMC）实现滑模变结构控制的核心在于切换函数的设计，依据预先设计的滑动模态求出相应的控制函数，从而使控制系统到达稳定状态。

所述PWM脉宽调制通过滑模控制器的输出作为给定，进行脉宽调制。

本发明的有益效果是：既能消除传统查表方式的直接功率控制中开关频率不固定而引起的整流器谐波的弊端，还可减小电流闭环控制方式下进行旋转坐标变换时引起的瞬时功率误差，提高了系统的瞬态响应性能。同时该控制方式具有较好的鲁棒性和静、动态性能。

附图说明

图1 三相PWM整流器主电路。

图2 控制原理框图。

具体实施方案

图1中，三相PWM整流器主电路中，电源经过线路阻抗 和 后，与六个IGBT组成的桥式整流电路连接，再并联滤波电容和负载。

图2中，PWM 整流器的DPC-SMC 控制系统是由功率计算、电压电流采样、滑模控制和SVPWM 生成4部分组合而成。滑模变结构控制实现滑模变结构控制的核心在于切换函数的设计，依据预先设计的滑动模态求出相应的控制函数，从而使控制系统到达稳定状态。经滑模控制器和SVPWM 模块后所得到的驱动信号使PWM 整流器获得的输入电压为比较标准的正弦波形，因而具有较好的控制效果。

在三相PWM 整流器中，通过对交流电压进行采样，将采样得到的交流侧三相电压和电流，进行3/2变换后，得到分解后的三相对称电源交流侧的电压 ；三相对称电源中交流侧的电流为三相PWM 整流器的输入电压。通过采样直流侧电压 ，采用PI控制的方法，根据直流侧电压给定 ，能够得到滑模控制器的有功功率给定，而无功功率给定为0。计算出系统的瞬时有功功率p 与无功功率q；再比较给定的有功功率p* 和无功功率q*。与参考功率进行比较后，经过滑模控制器（Sliding Mode Control, SMC）得出逆变器所需的输入电压信号 和 ，然后经SVPWM 模块，得到整流器的开关信号，最终控制整个整流桥。