中車唐山機(jī)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(yīng)用

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針對單相電壓型PWM整流器，以提升其在網(wǎng)側(cè)電壓含有諧波時dq軸電流的穩(wěn)態(tài)性能為研究目標(biāo)，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(shí)物仿真實(shí)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(jié)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(cè)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(biāo)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(cè)電壓穩(wěn)定且魯棒性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因而廣泛應(yīng)用于家庭光伏發(fā)電系統(tǒng)、不間斷電源和鐵路機(jī)車牽引等領(lǐng)域。

本文以單相兩電平PWM整流器為研究對象，通過半實(shí)物仿真實(shí)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(diǎn)是響應(yīng)速度較快，同時可以通過改變阻尼系數(shù)對輸入信號進(jìn)行相應(yīng)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(guān)系可以表示為：

式中 k——阻尼系數(shù)；ω——網(wǎng)側(cè)電壓基波角速度。

2 仿真與實(shí)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(shí)物實(shí)驗平臺對延時算法和該SOGI算法分別進(jìn)行了實(shí)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(cè)電壓與電流、網(wǎng)側(cè)電流的實(shí)際分量與虛擬分量的實(shí)驗波形。

由圖1(a)和圖1(b)可知，當(dāng)網(wǎng)側(cè)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(cè)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(jié)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(cè)電壓諧波情況下dq軸電流的穩(wěn)態(tài)性能為研究目標(biāo)，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(jìn)行改進(jìn)，研究了一種基于二階廣義積分算法的虛擬正交分量構(gòu)造方法。并通過半實(shí)物實(shí)驗結(jié)果對兩種算法的控制性能進(jìn)行了對比分析。

圖1 網(wǎng)側(cè)電壓與電流、網(wǎng)側(cè)電流的實(shí)際分量與虛擬分量實(shí)驗波形

結(jié)果表明SOGI算法雖然在給定突變時的動態(tài)響應(yīng)稍慢于延時算法，但其能夠?qū)Ζ螺S分量進(jìn)行濾波，從而大大減小了網(wǎng)側(cè)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．

[2]Electronics Specialists Conference,2002: 514-519．

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

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