中車唐山機車車輛有限公司 冀 云

二階廣義積分算法在單相整流器電流解耦控制方法中的應用

中車唐山機車車輛有限公司 冀 云

針對單相電壓型PWM整流器，以提升其在網(wǎng)側電壓含有諧波時dq軸電流的穩(wěn)態(tài)性能為研究目標，研究了一種基于二階廣義積分算法(second-order generalized integrator, SOGI)的DQ電流解耦控制策略。通過半實物仿真實驗測試，對比分析了該SOGI算法與傳統(tǒng)四分之一周期延時算法在正常網(wǎng)壓和網(wǎng)壓中含有諧波時各物理量的波形圖，分析結果表明：與傳統(tǒng)算法相比，SOGI算法能夠獲得更高精度的網(wǎng)側電流虛擬分量，從而可獲得較小紋波波動的dq軸電流分量；且不需要大量的存儲空間。

單相PWM整流器；DQ電流解耦控制；虛擬正交分量；二階廣義積分；旋轉(zhuǎn)坐標變換

0 引言

單相脈寬調(diào)制(pulse width modulation, PWM)整流器與傳統(tǒng)二極管不控整流器和晶閘管相控整流器相比，具有能量可雙向流動，單位功率因數(shù)，輸入電流諧波含量小，直流側電壓穩(wěn)定且魯棒性強等優(yōu)點，因而廣泛應用于家庭光伏發(fā)電系統(tǒng)、不間斷電源和鐵路機車牽引等領域。

本文以單相兩電平PWM整流器為研究對象，通過半實物仿真實驗測試，對比分析該SOGI算法與傳統(tǒng)四分之一周期延時算法在正常網(wǎng)壓和網(wǎng)壓中含有諧波時各物理量的波形圖。

1 二階廣義積分算法

SOGI的優(yōu)點是響應速度較快，同時可以通過改變阻尼系數(shù)對輸入信號進行相應的濾波，改善系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性。SOGI的輸出與輸入之間的關系可以表示為：

式中 k——阻尼系數(shù)；ω——網(wǎng)側電壓基波角速度。

2 仿真與實驗驗證

為了驗證所提出的基于SOGI算法的DQ電流解耦控制的有效性和正確性，本文基于DSP28335+RT-LAB的半實物實驗平臺對延時算法和該SOGI算法分別進行了實驗對比研究。，如表1所示。圖1(a)和圖1(b)分別給出了兩種算法在注入10%的5次諧波時網(wǎng)側電壓與電流、網(wǎng)側電流的實際分量與虛擬分量的實驗波形。

由圖1(a)和圖1(b)可知，當網(wǎng)側電壓注入10%的5次諧波時，在穩(wěn)態(tài)情況下，與延時算法相比，該SOGI算法得到的網(wǎng)側電流虛擬正交分量諧波含量更小，穩(wěn)態(tài)性能更佳。證明采用此種算法的完整電壓電流雙閉環(huán)控制的有效性和正確性。

3 結論

本文以單相兩電平PWM整流器為研究對象，以提升其在網(wǎng)側電壓諧波情況下dq軸電流的穩(wěn)態(tài)性能為研究目標，針對傳統(tǒng)四分之一基本周期延時算法引入虛擬正交分量的方法進行改進，研究了一種基于二階廣義積分算法的虛擬正交分量構造方法。并通過半實物實驗結果對兩種算法的控制性能進行了對比分析。

圖1 網(wǎng)側電壓與電流、網(wǎng)側電流的實際分量與虛擬分量實驗波形

結果表明SOGI算法雖然在給定突變時的動態(tài)響應稍慢于延時算法，但其能夠?qū)Ζ螺S分量進行濾波，從而大大減小了網(wǎng)側電壓與電流虛擬正交分量的諧波含量，并且能夠得到較小紋波波動的dq軸電流分量，不需要大量的存儲空間，故該算法的穩(wěn)態(tài)性能更佳。

[1]Busse A, Holtz J． Multiloop control of a unit power factor fast switching AC to DC converter[C]． IEEE Power Electronics Specialist Conference,1982:171-179．

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[3]王晗,張建文,蔡旭．一種PWM整流器動態(tài)性能改進控制策略[J]．中國電機工程學報,2012,32:194-202．

冀云（1984—），男，河北邯鄲人，工學碩士學位，工程師，主要從事軌道車輛網(wǎng)絡控制邏輯、牽引控制等方面的研發(fā)設計工作。